JPH0720395B2 - 電力変換装置 - Google Patents

電力変換装置

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JPH0720395B2
JPH0720395B2 JP59119520A JP11952084A JPH0720395B2 JP H0720395 B2 JPH0720395 B2 JP H0720395B2 JP 59119520 A JP59119520 A JP 59119520A JP 11952084 A JP11952084 A JP 11952084A JP H0720395 B2 JPH0720395 B2 JP H0720395B2
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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
    • H02P27/045Arrangements 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 whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value
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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P29/00Arrangements for regulating or controlling electric motors, appropriate for both AC and DC motors
    • H02P29/02Providing protection against overload without automatic interruption of supply
    • H02P29/024Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load
    • H02P29/025Detecting a fault condition, e.g. short circuit, locked rotor, open circuit or loss of load the fault being a power interruption

Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は交流電動機を駆動する電力変換装置に関する
ものであり、特に交流電動機を駆動する電力変換装置の
入力交流電源に瞬時停電(この内には瞬時電圧降下も当
然含むが、以下に瞬停とまとめて略す)が発生した場合
に、安定した交流電動機の駆動を続けることができる電
力変換装置に関するものである。
[発明の技術的背景とその問題点] 順変換回路と少なくともコンデンサを含んだフィルタ回
路とインバータ回路から成る電力変換装置とは一般的に
は電圧形インバータと呼ばれている。この主回路例を第
1図に示す。同図において交流電源11の電力は順変換回
路12(以下整流回路とする)を通して直流電力に変換さ
れ、直流リアクトル13と平滑コンデンサ14でそのリップ
ル分が吸収される。インバータ回路15にて再び交流電力
に変換され、誘導電動機16を駆動する電源となるが、こ
の交流電圧及び周波数(あるいは位相)は制御回路によ
って制御される。第1図のインバータは主スイッチング
素子がGTOなのでGTOインバータと呼ばれ、いわゆるPWM
制御によってインバータ回路により電圧・周波数が共に
制御されている。
第2図にはこの制御回路例を示す。同図において設定器
31によって設定された速度基準ωmは、比較器32にて
速度検出器33からの速度帰還信号ωmとつきあわされ、
速度制御回路34にて増幅されて、トルク電流成分指令i1
qを発生する。また、設定器35によって設定された磁
束基準Φは、比較器36にて磁束帰還信号Φとつきあわ
される。この磁束帰還信号Φは変圧器37を介して得られ
る誘導電動機16の端子電圧v1と変成器38を介して得られ
る誘導電動機16の端子電流i1を入力する磁束演算回路39
によって演算され出力される。比較器36の出力である誤
差部は磁束制御回路40にて増幅され、励磁電流成分指令
i1dを発生する。電流指令演算回路41にて ∠i1o=tan-1(i1q/i1d)の演算を行ない、電流
指令i1oを得るが、更にベクトル回転器42にて |i1 |=|i1o| ∠i1 =∠i1o+∠uφ の演算が行なわれ、交流の電流指令i1 が得られる。こ
の時の磁束位相φは上述の磁束演算回路39から別の出
力として得ている。比較器43にて電流指令i1 が実際の
電流i1と比較され、PWN制御回路44を介して、インバー
タ15を形成するGTOにオン・オフ信号として与えられ
る。他方、変圧器45を介して交流電源11の電圧を得て、
瞬停検出回路46にてその電圧が瞬停レベルにあるか否か
を検出し、瞬停ならば瞬停信号aを発生している。
第3図には、上記磁束演算回路39の一例を示す。詳細は
この発明にとって重要ではないが、 (但し、L2は2次自己インダクタンス、Mは相互インダ
クタンス、R1は1次抵抗、L0はもれインダクタンスであ
る。) の式によって磁束帰還信号Φ=||及び磁束位相信号
φ=/||を得ている。
第2図の制御回路において瞬停信号aは充分に利用さ
れていないのが一般的であった。すなわち、瞬停が生じ
た場合には、平滑コンデンサ14に蓄えられた電荷によっ
ていつまで運転継続できるか不明のため、瞬停が所定時
間以上経過した場合には装置を止めてしまうのが一般的
であった。これは制御回路の構成にも帰因しており、第
図の制御回路は一般にベクトル制御と呼ばれているが、
瞬時値制御を土台としており、瞬停時のベクトル操作は
非常に複雑な制御回路となるからであった。
[発明の目的] この発明は上述した欠点に対してなされたものであり、
瞬時値制御でありながら非常に簡単な方法で、瞬停時の
安定した動作を可能とする信頼性の高い電力変換装置を
提供しようとするものである。又、瞬停から復電した際
には、最短の時間にて元の速度まで加速できる望ましい
システムとなり得る電力変換装置を提供しようとするも
のである。
[発明の概要] 上述発明の目的を達成するために、本発明は交流電動機
のトルク電流成分と励磁電流成分をそれぞれ独立に指令
する第1及び第2の指令手段を具備した電力変換装置に
おいて、交流電源に瞬停が発生したことを検出し、この
信号に対応して、前記第1の指令手段の出力信号である
トルク電流成分指令を略零とする第1の補正手段を具備
することを特徴とし、これにより瞬停期間中に電力変換
装置から交流電動機に供給する有効電力を最少に制御す
ることができ、しかもベクトル制御特有の瞬停値制御が
電力変換装置側からの制約によって影響を受けることが
なくなるので瞬停時の安定した動作が可能となる。又、
瞬停期間中も励磁電流が確保されていると共に、磁束位
相をとらえて制御を継続しているので、復電後は最短時
間にて元の速度まで加速できることになる。更に、交流
電源に瞬停が発生したことを検出して、第2の指令信号
である励磁電流成分指令を所定値まで減少する第2の補
正手段を追加することにより、長時間の瞬停に対しても
上述の目的を達成し得るようにしたものである。
[発明の実施例] 第4図にこの発明の第1の実施例を示す、同図において
第2図と異なる箇所は、瞬停検出信号aに対応して動
作するスイッチ65を、速度制御回路34と電流指令演算回
路41の間に設けたことである。
前述の如く構成することにより、瞬停が発生した場合に
は、瞬停検出信号aに対応してスイッチ65は開とな
る。このことは零であるトルク電流成分指令i1qを電
流指令演算回路41に与えることなる。従って電流指令i1
としては |i1 |=|i1d| ∠i1 =tan-1(O/i1d)+∠φ =∠φ となるので、その瞬時の磁束位相に一致した位相で励磁
電流成分に対応した電流量だけを誘導電動機16に供給す
ることになる。誘導電動機16はトルクを発生しないので
自然減速状態で速度降下していくが、この間も瞬時値制
御は継続しているので、磁束は確立したまま、いつでも
再加速運転ができる状態で待機している。励磁電流成分
の力率はほぼ零である。従ってこの電流を流すことによ
って生じる平滑コンデンサ14の減少分は、回路内の損失
分に対応した量となり、非常に少なく抑えられる。
従って、瞬停期間中でも電力変換装置側からの制約を受
けないで、安定した動作が継続できることがわかる。こ
れはトルク電流成分指令i1q=0とすることだけで、
瞬時値制御は何ら影響を受けないこと、及び電力損失が
最少の状態にて運転が継続できることによる。また、こ
の理由から、更に、復電時には平滑コンデサ14の電圧減
少分が少なく抑れられているので、突入電流が少なく、
又、最短時間にて元の速度まで加速できる。
尚、この実施例ではスイッチ65を設けて瞬停時にトルク
電流成分指令i1q=0の補正を行なったが、たとえば
速度制御回路34と並列に出力制限回路を設けて、瞬停時
のみその出力信号を制限するという実施例でも、全む同
等の効果が得られることは明らかである。
第5図には、この発明の第2の実施例を示す。同図にお
いて第4図の第1の実施例と異なる箇所は更に瞬停信号
aに応動するスイッチ66を設け、設定器67に設定した
磁束補正信号を加算器68にて本来の磁束基準と加算し、
新しい磁束基準Φを発生させることである。
このように構成することにより、第1の実施例で有して
いる作用の他に、瞬停期間中に磁束補正信号は磁束基準
を下げる方向に加算されるので、この間誘導電動機16に
供給される励磁電流は、通常時の励磁電流よりも小さく
なる。
従って、瞬停中の励磁電流は小さくなるので、励磁電流
を流すことによって生じる電力損失はより少なく抑えら
れ、瞬停期間が長くなるような場合には、この実施例を
用いることにより安定した動作をより確実にすることが
できる。
第6図には、この発明の第3の実施例を示す。同図にお
いて第5図の第2の実施例と異なる箇所はスイッチ65の
かわりに加算器69を設け、本来のトルク電流成分指令に
スイッチ70を介して得るトルク電流成分補正信号を加算
して、トルク電流成分指令i1qを発生させることであ
る。また、このトルク電流成分補正信号を発生するため
には、誘導電動機16の電流i1と磁束演算回路39の出力信
号である磁束位相信号uを入力として誘導電動機16の実
際のトルク電流成分i1qを出力するトルク電流成分演算
回路71を設け、更に設定器72にて設定された零トルク電
流成分基準と上述のトルク電流成分i1qを比較器73にて
比較しトルク電流制御回路74にて増幅することにより補
正信号を得ている。
また、トルク電流成分演算回路71の詳細を第7図に示
す。同図において、電流i1を3相−2相変換器75を介し
て2相信号に変換し、掛算器76,77及び加算器78を介し
て、磁束位相ベクトルφと直交関係にあるトルク電流
成分i1qを求めることができる。
第3の実施例では、瞬停新信号aに応動してトルク電
流成分指令に与える補正信号を、実際に演算されたトル
ク電流成分i1qを土台にして発生している。すなわち、
トルク電流成分演算回路71の出力信号として得られる実
際のトルク電流成分i1qを直接零に制御するようにトル
ク電流制御回路74の出力信号、すなわちトルク電流成分
補正信号が発生させられている。
第1の実施例においてはトルク電流成分基準通りにトル
ク電流成分が流れているとして補正回路を構成したが、
実際の電力変換装置においては、電圧変動あるいはスイ
ッチングの遅れ等から主回路を全く遅れのない電力増幅
器と見なすことができない場合がある。この場合にはト
ルク電流成分基準と実際値が異なるが、この第3の実施
例によれば、実際のトルク電流成分を検出してそれを零
とするように補正信号を入れることにより、主回路の非
直線性を含んで補正することができる。従ってより正確
に制御することができる。
[発明の効果] 以上説明してきたように、交流電動機のトルク電流成分
と励磁電流成分をそれぞれ独立に指令する指令手段を具
備した電力変換装置において、瞬停検出手段からの出力
信号に応動してトルク電流成分指令を略零とするように
補正信号を与えたり、或いは実際のトルク電流成分を演
算し、その演算結果を略零とするように補正信号を与え
たりすることにより、次の特徴を持った電力変換装置を
提供することができる。
(1) 瞬停時においてもその期間中交流電動機をフリ
ーランと同様の運転、つまり速度の変化幅の少ない運転
が行われるので、交流電動機の速度が下がることがな
く、瞬時値制御で安定した運転を継続することができる
信頼性の高い電力変換装置。
(2) 瞬停期間中に電力変換装置から交流電動機に与
える電力を最少に制御することにより、復電時に大きな
突入電流が流れない信頼性の高い電力変換装置。
(3) 復電後に、最短時間にて交流電動機を元の速度
まで加速できる電力変換装置。
更に又、瞬停検出手段からの出力信号に対応して、励磁
電流成分指令値を所定値まで減少させることにより、次
の特徴をもった電力変換装置を提供することができる。
(4) 長時間の瞬停に対しても、上記(1)(2)の
特徴を持つ信頼性の高い電力変換装置。
【図面の簡単な説明】 第1図はこの発明が主として実施されるGTOインバータ
主回路図、第2図は従来の電力変換装置のブロック図、
第3図は第2図の磁束演算回路の一例を示すブロック
図、第4図,第5図,第6図はこの発明のそれぞれ異る
他の実施例を示すブロック図、第7図は第6図のトルク
電流成分演算回路の一例を示すブロック図である。 11……交流電源、12……整流回路、15……インバータ回
路、16……誘導電動機、34……速度制御回路、39……磁
束演算回路、40……磁束制御回路、41……電流指令演算
回路、42……ベクトル回転器、43……PWM制御回路、71
……トルク電流成分演算回路、74……トルク電流制御回
路。

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電源に接続され、順変換回路と少なく
    ともコンデンサを含んだフィルタ回路とインバータ回路
    から成り、該インバータ回路で交流電動機を駆動するよ
    うにした電力変換装置において、前記交流電動機のトル
    ク電流成分と励磁電流成分をそれぞれ独立に指令する第
    1及び第2の指令手段と、前記交流電源に瞬時停電が発
    生したことを検出する第1の検出手段と、この第1の検
    出手段の出力信号に応動して前記第1の指令手段の出力
    信号であるトルク電流成分指令を略零とする第1の補正
    手段を具備したことを特徴とする電力変換装置。
  2. 【請求項2】交流電源に接続され、順変換回路と少なく
    ともコンデンサを含んだフィルタ回路とインバータ回路
    から成り、該インバータ回路で交流電動機を駆動するよ
    うにした電力変換装置において、前記交流電動機のトル
    ク電流成分と励磁電流成分をそれぞれ独立に指令する第
    1及び第2の指令手段と、前記交流電源に瞬時停電が発
    生したことを検出する第1の検出手段と、この第1の検
    出手段の出力信号に応動して前記第1の指令手段の出力
    信号であるトルク電流成分指令を略零とする第1の補正
    手段と、前記第1の検出手段の出力信号に応動して前記
    第2の指令手段の出力信号である励磁電流成分指令を所
    定値に減少させる第2の補正手段を具備したことを特徴
    とする電力変換装置。
  3. 【請求項3】交流電源に接続され、順変換回路と少なく
    ともコンデンサを含んだフィルタ回路とインバータ回路
    から成り、該インバータ回路で交流電動機を駆動するよ
    うにした電力変換装置において、前記交流電動機のトル
    ク電流成分と励磁電流成分をそれぞれ独立に指令する第
    1及び第2の指令手段と、前記交流電動機のトルク電流
    成分を演算する第1の演算手段と、前記交流電源に瞬時
    停電が発生したことを検出する第1の検出手段と、この
    第1の検出手段の出力信号に対応して、前記第1の演算
    手段の出力信号を略零とするように、前記第1の指令手
    段の出力信号を調整する第3の補正手段を具備したこと
    を特徴とする電力変換装置。
JP59119520A 1984-06-11 1984-06-11 電力変換装置 Expired - Lifetime JPH0720395B2 (ja)

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