JPH07298670A - A.c. variable speed driving gear - Google Patents

A.c. variable speed driving gear

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JPH07298670A
JPH07298670A JP6086324A JP8632494A JPH07298670A JP H07298670 A JPH07298670 A JP H07298670A JP 6086324 A JP6086324 A JP 6086324A JP 8632494 A JP8632494 A JP 8632494A JP H07298670 A JPH07298670 A JP H07298670A
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JP
Japan
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voltage
speed
motor
generator
control
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JP6086324A
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Japanese (ja)
Inventor
Tadao Mose
忠男 茂瀬
Masayoshi Terakado
正義 寺門
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Toshiba Corp
Original Assignee
Toshiba Corp
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Publication date
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  • Control Of Eletrric Generators (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Abstract

PURPOSE:To reduce torque ripples and enable the elimination of the tortional vibration of axes and noises, by using for excitation a brushless exciter that obtains variable direct current from a diode rectifier connected with the secondary terminal of a rotary transformer and feeds field current, and further varying the input voltage of the exciter. CONSTITUTION:The voltage of a generator 2 is determined according to the speed of a motor 4. The voltage of the generator 2 is set based on the voltage required for the motor 4 with a slight bias component allowed; the bias component is used as a control margin for controlling phase delay. In general, the voltage control for motors 2 delivers poor responsivity due to the control of the armature of the motor 4. Therefore, transient control response is performed by thyristor phase control on the armature side and a thyristor a.c. switch 20 on the field system side. This makes it possible to use control delay angles in the steady condition in regions with smaller ripples without degrading responsivity.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、インバータなどの電力
変換装置と交流電動機および発電機からなる交流可変速
駆動装置に関するものである。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to an AC variable speed drive system including a power converter such as an inverter, an AC motor and a generator.

【0002】[0002]

【従来の技術】電源供給の事情などにより、ファンやポ
ンプなどの回転機械をディーゼルエンジンなどの原動機
で直接駆動したい場合がある。しかし、低速機械や回転
機械の速度を調節したい場合には、負荷となる機械を直
接原動機で駆動せずに発電機,電力変換装置及び電動機
からなる可変速駆動装置が用いられる。
2. Description of the Related Art There are cases where it is desired to directly drive a rotating machine such as a fan or a pump by a prime mover such as a diesel engine depending on the situation of power supply. However, when it is desired to adjust the speed of a low-speed machine or a rotary machine, a variable speed drive device including a generator, a power conversion device, and an electric motor is used without directly driving a load machine by a prime mover.

【0003】このような可変速駆動装置としては、例え
ば図6に示す船舶の電気推進システムがある。すなわ
ち、原動機1で発電機2を駆動して交流電力を作り、そ
の電力を電力変換装置3で変換して電動機4を可変速駆
動する。この電動機4を可変速駆動するための電力変換
装置としては、例えば負荷転流インバータやサイクロコ
ンバータなどがあり、また半導体電力変換装置3として
は、負荷転流インバータ31,サイリスタ整流器32,
リアクトル33で構成されたサイリスタモータシステム
がある。さらに、図7に示すように、電力変化装置とし
てサイクロコンバータが用いられている。
An example of such a variable speed drive device is an electric propulsion system for a ship shown in FIG. That is, the prime mover 1 drives the generator 2 to generate AC power, and the power converter 3 converts the power to drive the electric motor 4 at a variable speed. A power converter for driving the electric motor 4 at a variable speed includes, for example, a load commutation inverter and a cycloconverter, and the semiconductor power converter 3 includes a load commutation inverter 31, a thyristor rectifier 32, and the like.
There is a thyristor motor system composed of a reactor 33. Further, as shown in FIG. 7, a cycloconverter is used as the power changing device.

【0004】これらの負荷転流インバータやサイクロコ
ンバータは、大容量で入力周波数に対して低い周波数を
出力できるため低速の機械駆動に適しており、交流可変
速駆動装置5により制御され、同期電動機の1次周波数
と電流の大きさを制御している。ここで、6は速度検出
器(SS)、13は電圧調整器、14は速度基準設定器
である。
These load commutation inverters and cycloconverters are suitable for low-speed mechanical drive because they have a large capacity and can output a low frequency with respect to the input frequency, and are controlled by the AC variable speed drive device 5 to drive the synchronous motor. It controls the primary frequency and the magnitude of the current. Here, 6 is a speed detector (SS), 13 is a voltage regulator, and 14 is a speed reference setting device.

【0005】一方、同期電動機の界磁は直流電圧により
励磁され電動機の電圧を制御している。例えば、電動機
軸に設けられたスリップリングとブラシにより回転体で
ある回転子に直流電圧を供給して界磁を励磁する方法が
ある。この方法は直接的であり、励磁電流を可変するに
は、印加する直流電圧を制御すればよいため簡単で小形
となる。また、このような構成によると、一般の商用電
源を入力とする交流可変速駆動システムとは異なり、船
舶の電気推進システムや、数十MW以上の超大容量の流
体機械駆動などは、機械の配置の自由度や電源の自給に
よるメリットなどの利点がある。しかし、スリップリン
グとブラシを保守点検する必要があり、これが大きな欠
点となっていた。
On the other hand, the field of the synchronous motor is excited by a DC voltage to control the voltage of the motor. For example, there is a method of exciting a field by supplying a DC voltage to a rotor, which is a rotating body, by a slip ring and a brush provided on an electric motor shaft. This method is straightforward, and in order to change the exciting current, it is sufficient to control the applied DC voltage, which is simple and compact. In addition, according to such a configuration, unlike an AC variable speed drive system in which a general commercial power source is input, an electric propulsion system of a ship or a fluid machine drive of an ultra large capacity of several tens of MW or more has a machine arrangement. There are advantages such as the degree of freedom and the merit of self-sufficient power supply. However, the slip ring and brush had to be serviced, which was a major drawback.

【0006】この欠点を解決したのが回転トランスを使
ったブラシレス励磁装置であり、その構成を図8に示
す。すなわち、ブラシレス励磁装置は、ACスイッチ2
0と回転トランス21とダイオード整流器22と同期電
動機1の界磁巻線(FLD)23とから構成される。A
Cスイッチ20はサイリスタを逆並列した回路を3相の
各相に設け、サイリスタの点弧制御によって平均電圧が
制御される。回転トランス21は巻線形誘導電動機(W
IM)と同じ構造をしており、1次側はACスイッチ2
0で平均電圧制御された電圧が印加され、2次側は同期
発動機4の回転子と同軸上にあり、同じく同軸上にある
ダイオード整流器22に接続されている。ダイオード整
流器22の直流出力電圧は同期電動機1の界磁巻線(F
LD)23に電流を流すように構成されている。
A brushless exciter using a rotary transformer solves this drawback, and its configuration is shown in FIG. That is, the brushless exciter has the AC switch 2
0, a rotary transformer 21, a diode rectifier 22, and a field winding (FLD) 23 of the synchronous motor 1. A
The C switch 20 is provided with a circuit in which thyristors are anti-paralleled in each of the three phases, and the average voltage is controlled by firing control of the thyristors. The rotary transformer 21 is a winding type induction motor (W
It has the same structure as IM) and the primary side is AC switch 2
A voltage subjected to average voltage control is applied at 0, the secondary side is coaxial with the rotor of the synchronous engine 4, and is connected to the diode rectifier 22 which is also coaxial. The DC output voltage of the diode rectifier 22 is the field winding (F
LD) 23 is configured to pass a current.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】ところで、同期電動機
の速度と電圧は比例関係にあり、いわゆるV/f一定の
関係がある。また、同期電動機は電機子反作用の関係か
ら速度が高くなり、負荷が大きくなるに従い界磁電流、
電圧も大きくなるので、低速領域では電動機の電機子を
制御する電力変換装置、および界磁を制御するブラシレ
ス励磁装置とも電圧を小さく出力する必要がある。しか
し、サイリスタ整流器及びサイリスタACスイッチは共
に点弧位相制御により平均電圧を制御しているため、電
圧を小さくするとリップル電圧,電流が大きくなるの
で、電動機速度が低速になるに従いリップル電圧,電流
が大きくなり、その結果トルクリップルが大きくなって
軸のねじり振動や騒音の問題が発生する。
By the way, the speed and the voltage of the synchronous motor are in a proportional relationship, and there is a so-called V / f constant relationship. In addition, the synchronous motor increases in speed due to the armature reaction, and as the load increases, the field current,
Since the voltage also increases, it is necessary to output a small voltage in both the power converter that controls the armature of the electric motor and the brushless exciter that controls the field in the low speed region. However, since the thyristor rectifier and the thyristor AC switch both control the average voltage by firing phase control, the ripple voltage and current increase as the voltage decreases, so the ripple voltage and current increase as the motor speed decreases. As a result, the torque ripple becomes large, and problems such as shaft torsional vibration and noise occur.

【0008】また、サイクロコンバータの出力電圧は、
図9(a)及び(b)に示すように、電源電圧の6倍の
リップルを含んでおり、このリップルは電動機の電圧が
低くなると大きくなる。これはサイクロコンバータがサ
イリスタの制御遅れ角αの点弧位相制御によるサイリス
タ整流器で構成されているためである。つまり出力電圧
を小さくするために点弧位相角を大きくしている(位相
を絞っている)からである。したがって、電動機速度が
低速になるに従いリップル電圧が大きくなり、その結果
トルクリップルが大きくなり軸のねじり振動や騒音の問
題が発生する。このような振動騒音は、客船など人間の
生活環境に近い所に設置される場合は大きな問題とな
り、静粛性を要求されることになる。
The output voltage of the cycloconverter is
As shown in FIGS. 9A and 9B, the ripple includes 6 times the power supply voltage, and this ripple increases as the voltage of the motor decreases. This is because the cycloconverter is composed of a thyristor rectifier by controlling the ignition phase of the control delay angle α of the thyristor. That is, the firing phase angle is increased (the phase is narrowed) in order to reduce the output voltage. Therefore, as the motor speed becomes slower, the ripple voltage becomes larger, and as a result, the torque ripple becomes larger, causing problems such as shaft torsional vibration and noise. Such vibration noise becomes a serious problem when it is installed in a place near the human living environment such as a passenger ship, and quietness is required.

【0009】本発明は、上記問題を解決するためになさ
れたもので、その目的は電動機の低速運転領域で発生す
るトルクリップルを低減することであり、これにより軸
のねじり振動および騒音を解消して静粛な交流可変速駆
動装置を供給することにある。
The present invention has been made to solve the above problems, and its purpose is to reduce the torque ripple generated in the low speed operation region of the electric motor, thereby eliminating the torsional vibration and noise of the shaft. The purpose is to supply a quiet AC variable speed drive device.

【0010】[0010]

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本発明の請求項1は、原動機で駆動される発電機が
発生させる交流電力を、半導体電力変換装置により任意
の交流電力に変換して同期電動機を可変速駆動する交流
可変速駆動装置において、前記発電機の出力電圧は、速
度が変化している過渡状態を除いた定常状態では同期電
動機の運転周波数と比例関係となるように可変し、前記
同期電動機の界磁は、ACスイッチの点弧制御によって
回転トランスの一次電圧を可変し、この回転トランスの
2次端子に接続されたダイオード整流器により可変直流
電圧を得て界磁電流を流すブラシレス励磁装置により励
磁すると共にこのブラシレス励磁装置の入力電圧を電圧
可変する前記発電機の電源とすることを特徴とする。
In order to achieve the above-mentioned object, the first aspect of the present invention is to convert AC power generated by a generator driven by a prime mover into arbitrary AC power by a semiconductor power converter. Then, in the AC variable speed drive device that drives the synchronous motor at a variable speed, the output voltage of the generator has a proportional relationship with the operating frequency of the synchronous motor in the steady state excluding the transient state in which the speed is changing. The field of the synchronous motor is varied, and the primary voltage of the rotary transformer is varied by the ignition control of the AC switch, and the variable DC voltage is obtained by the diode rectifier connected to the secondary terminal of the rotary transformer to obtain the field current. Is used as a power source for the generator that excites a brushless exciter for flowing a current and varies the input voltage of the brushless exciter.

【0011】請求項2は、原動機で駆動される発電機が
発生させる交流電力を、半導体電力変換装置により任意
の交流電力に変換して交流電動機を可変速制御する交流
可変速駆動装置において、前記電動機の速度指令の設定
変更が増速の場合は、その変更された新たな速度指令値
における必要電圧まで前記発電機の電圧をあらかじめ上
昇させた後に電動機の速度を設定値まで加速し、また前
記電動機の速度指令の設定変更が減速の場合は、前記電
動機速度を設定速度まで減速させた後に、前記発電機の
電圧を現状速度に相当する電圧に降下させることを特徴
とする。
According to a second aspect of the present invention, there is provided an AC variable speed drive device for converting AC power generated by a generator driven by a prime mover into arbitrary AC power by a semiconductor power converter to control the AC motor at a variable speed. If the setting change of the speed command of the electric motor is an acceleration, the speed of the electric motor is accelerated to the set value after previously raising the voltage of the generator to the required voltage at the changed new speed command value, and When the setting change of the speed command of the electric motor is deceleration, the voltage of the generator is reduced to a voltage corresponding to the current speed after the electric motor speed is decelerated to the set speed.

【0012】請求項3は、原動機で駆動される発電機が
発生させる交流電力を、半導体電力変換装置により任意
の交流電力に変換して交流電動機を可変速制御する交流
可変速駆動装置において、前記電動機の速度指令の設定
変更が増速の場合は電圧の整定を検出してから速度を変
え、また前記電動機の速度指令の設定変更が減速の場合
は速度の整定を検出してから電圧を低減し、さらに回生
動作するほどの減速率の場合はあらかじめ減速方向の電
圧設定を最大値にすることを特徴とする。
According to a third aspect of the present invention, there is provided an AC variable speed drive device for converting AC power generated by a generator driven by a prime mover into arbitrary AC power by a semiconductor power converter to control the AC motor at a variable speed. If the speed command setting change of the electric motor is acceleration, the speed is changed after detecting the voltage settling.If the speed command setting change of the electric motor is deceleration, the voltage is reduced after the speed settling is detected. However, when the deceleration rate is such that the regenerative operation is further performed, the voltage setting in the deceleration direction is set to the maximum value in advance.

【0013】[0013]

【作用】本発明(請求項1対応)では、サイリスタ整流
器、サイリスタACスイッチとも、出力電圧Vo、入力
電圧Va、制御遅れ角αとすると、出力電圧は(1)式
で表される。 Vo=K・Va・cosα・・・・・・(1) Kは定数である。例えば、3相グレッツ結線のサイリス
タ整流器の場合は、係数は1.35であり(2)式とな
る。 Vo=1.35×Va×cosα・・・(2) 上記(2)式によると、商用電圧であればVaは一定で
あるため、制御遅れ角αは電圧を小さくするために遅れ
方向(90°で出力0)となり、リップルはαが遅れ方
向(90°)に近いほど大きくなる。これは界磁のサイ
リスタACスイッチでも同じである。このように電機子
および界磁とも電圧が低い領域、すなわち低速領域でリ
ップル成分が大きくなるのは、出力の電圧制御を制御遅
れ角αのみで行っているためである。そこで、発電機電
圧を電動機の速度に比例して制御することにより(2)
式のαはリップルの少ない値で固定できる。
In the present invention (corresponding to claim 1), when the output voltage Vo, the input voltage Va, and the control delay angle α are both the thyristor rectifier and the thyristor AC switch, the output voltage is represented by the equation (1). Vo = K · Va · cosα ··· (1) K is a constant. For example, in the case of a thyristor rectifier with a three-phase Glets connection, the coefficient is 1.35, which is the equation (2). Vo = 1.35 × Va × cos α (2) According to the above equation (2), since Va is constant at the commercial voltage, the control delay angle α is the delay direction (90) in order to reduce the voltage. The output becomes 0), and the ripple becomes larger as α becomes closer to the delay direction (90 °). This is the same for the field thyristor AC switch. The reason why the ripple component becomes large in the region where the voltage is low in both the armature and the field, that is, in the low speed region is that the output voltage control is performed only by the control delay angle α. Therefore, by controlling the generator voltage in proportion to the speed of the electric motor (2)
The value of α in the equation can be fixed to a value with less ripple.

【0014】このように電動機、界磁とも過渡状態を別
にすれば、電圧と速度はほぼ比例関係にあるため、必要
な電圧のみ発電機から供給することによりサイリスタの
位相制御はリップルの最も少ない状態で運転できる。
As described above, except for the transient states of the electric motor and the field, the voltage and the speed are in a substantially proportional relationship, so that by supplying only the required voltage from the generator, the phase control of the thyristor is the state with the smallest ripple. You can drive at.

【0015】また本発明(請求項2及び3対応)では、
サイクロコンバータの出力電圧はサイリスタ整流器と同
じく、電圧指令係数K,出力電圧Vo,出力角周波数ω
o,発電機電圧Va,制御遅れ角αとすると、出力電圧
は(3)式で表される。 Vo=K・sinωot・・・・・・・・・・・・(3) 電動機は速度によって電圧と周波数を変え、Vo/fo
比を一定に保つようにKを可変しながら運転する。(直
流電動機ではsinωot=1となる)
In the present invention (corresponding to claims 2 and 3),
The output voltage of the cycloconverter is the same as the thyristor rectifier, the voltage command coefficient K, the output voltage Vo, the output angular frequency ω.
The output voltage is expressed by equation (3), where o, generator voltage Va, and control delay angle α. Vo = K · sinωot ····· (3) The electric motor changes the voltage and frequency according to the speed, and Vo / fo
Operate while changing K so as to keep the ratio constant. (In the DC motor, sinωot = 1)

【0016】一方、(3)式はサイリスタ整流器の位相
制御で表すと(4)式となる。 Vo=1.35×Va×cosα・・・・・・・・(4) (3)及び(4)式から次の(5)式が得られる。 K・sinωot=1.35×Va×cosα・・(5) 上記(5)式によると、商用電圧であればVaは一定で
あるため、制御遅れ角αは、α cos-1(K・sin
ωot)となるように制御するため電圧を小さくするた
めにはKを小さくすることになり、αが遅れ方向とな
る。リップルはαが遅れ方向(90°)に近いほど大き
くなる。図9(a)は最大電圧を出力している状態であ
り、同図(b)はその1/2を出力している状態を示
す。このように出力電圧が小さくなるほどリップルは大
きくなる。
On the other hand, the expression (3) becomes the expression (4) when expressed by the phase control of the thyristor rectifier. Vo = 1.35 × Va × cos α (4) The following equation (5) is obtained from the equations (3) and (4). K · sin ωot = 1.35 × Va × cos α · (5) According to the above formula (5), since Va is constant at the commercial voltage, the control delay angle α is α cos −1 (K · sin
Since ωot) is controlled, K is reduced in order to reduce the voltage, and α is in the delay direction. The ripple becomes larger as α becomes closer to the delay direction (90 °). FIG. 9A shows a state in which the maximum voltage is output, and FIG. 9B shows a state in which half of the maximum voltage is output. Thus, the smaller the output voltage, the larger the ripple.

【0017】これに対しVaが可変できるとすると、K
=Vaとなるように発電機電圧を制御することにより、
制御遅れ角αは α=cos-1(sinωot)=ωo
t+90°となり、リップルの少ない状態で運転でき
る。つまり、常に図9(a)の状態で運転できることを
意味している。
On the other hand, if Va can be varied, K
By controlling the generator voltage so that
The control delay angle α is α = cos −1 (sinωot) = ωo
It becomes t + 90 °, and it can be operated with less ripple. That is, it means that the vehicle can always be operated in the state of FIG.

【0018】しかし、電動機の電圧制御として考える
と、制御する対象が1つに対し制御系は2つとなるた
め、相互に干渉し合うことにより安定に制御できない場
合がある。また、発電機の電圧制御の応答性はサイリス
タの位相制御より遅いため、制御応答的に制限が生ずる
場合がある。したがって、両者で制御する場合は優先性
を設ける必要がある。すなわち、本発明では、電動機の
速度指令が現状の速度指令に対し増速方向に設定した場
合、変更された新たな速度指令値における必要電圧まで
発電機の電圧を上昇させ、上昇が完了した後に電動機の
速度を設定値まで加速する。このように、発電機の電圧
可変は電動機の速度は変化させないで、あらかじめ発電
機電圧を目標速度に相当する電圧にした後で速度を変え
る。したがって、加速に必要なトルクや速度応答に関す
る制御は、サイリスタの位相制御が行う。同様に、速度
指令の設定変更が減速の場合は、電動機速度を設定速度
まで減速した後に、発電機の電圧を現状速度に相当する
電圧に降下させる。
However, when considering the voltage control of the electric motor, since there is one control target and two control systems, there are cases where stable control cannot be performed due to mutual interference. Further, since the responsiveness of the voltage control of the generator is slower than that of the thyristor phase control, the control response may be limited. Therefore, when controlling by both, it is necessary to give priority. That is, in the present invention, when the speed command of the electric motor is set in the speed increasing direction with respect to the current speed command, the voltage of the generator is increased to the required voltage at the changed new speed command value, and after the increase is completed. Accelerate the motor speed to the set value. Thus, the variable voltage of the generator does not change the speed of the electric motor, but the speed is changed after the generator voltage is set to a voltage corresponding to the target speed in advance. Therefore, the phase control of the thyristor controls the torque and speed response required for acceleration. Similarly, when the setting change of the speed command is deceleration, the voltage of the generator is reduced to the voltage corresponding to the current speed after decelerating the motor speed to the set speed.

【0019】このようにして運転した場合、サイリスタ
位相制御は最もリップルの少ない範囲で使用でき、発電
機の電圧制御とも干渉せず安定に運転できる。
When operated in this manner, the thyristor phase control can be used in the range with the smallest ripple, and stable operation can be achieved without interfering with the voltage control of the generator.

【0020】[0020]

【実施例】以下、本発明の実施例を図を参照して説明す
る。 (第1実施例)図1は本発明の第1実施例の構成図であ
る。同図に示すように、原動機1で発電機2を駆動して
交流電力を作り、その電力を負荷転流インバータである
半導体電力変換装置3で変換して電動機4を可変速駆動
する。電動機4は速度指令16と速度検出器(SS)6
からのフィードバック信号を速度演算増幅器(SC)7
により比較演算し、電流演算増幅器(CC)8に信号を
伝達する。この電流演算増幅器8はトルク指令を受けて
電動機に必要なトルクを発生させるための電流を制御す
るもので一般には電流フィードバックによる閉ループ制
御系を構成するがここでは省略してある。次の位相制御
回路(PHC)9は電源に同期してサイリスタの点弧タ
イミングを演算して、点弧パルスを発生させる。負荷転
流インバータはポジションセンサー10からの位置信号
によりβ制御回路11で自制制御されるが、これは一般
のサイリスタモータの機能であるためここでは省略す
る。
Embodiments of the present invention will now be described with reference to the drawings. (First Embodiment) FIG. 1 is a block diagram of the first embodiment of the present invention. As shown in the figure, the prime mover 1 drives the generator 2 to generate AC power, and the power is converted by the semiconductor power converter 3 which is a load commutation inverter to drive the electric motor 4 at a variable speed. The electric motor 4 has a speed command 16 and a speed detector (SS) 6
The feedback signal from the speed operational amplifier (SC) 7
Then, the signal is transmitted to the current operational amplifier (CC) 8 by the comparison operation. The current operational amplifier 8 controls a current for receiving a torque command to generate a torque required for the electric motor, and generally constitutes a closed loop control system by current feedback, but it is omitted here. The next phase control circuit (PHC) 9 calculates the ignition timing of the thyristor in synchronization with the power supply and generates an ignition pulse. The load commutation inverter is self-controlled by the β control circuit 11 according to the position signal from the position sensor 10, but this is omitted here because it is a function of a general thyristor motor.

【0021】また、電動機4の界磁は電流制御機能をも
ったブラシレス励磁装置24を構成しており、サイリス
タを逆並列したACスイッチ20が3相の各相に設けら
れ、サイリスタの点弧制御によって平均電圧が制御さ
れ、回転トランス21の1次側に印加される。2次側は
同期電動機4の回転子と同軸上にあり、同じく同軸上に
あるダイオード整流器22に接続されている。ダイオー
ド整流器22の直流出力電圧は同期電動機の界磁巻線2
3に電流を流す。電動機4の電圧は電圧フィードバック
により電圧演算増幅器(VC)12に入力され、さらに
界磁の電流演算増幅器8およびACスイッチの位相制御
回路(PHC)9を経てブラシレス励磁装置24のAC
スイッチ20に入力され、その後は上記したように回転
トランス21、ダイオード整流器22を経て同期電動機
の界磁巻線23に界磁電流を流すように構成されてい
る。また発電機2の出力電圧は電圧調整器13により閉
グループ制御される。なお、速度指令、電動機電圧指
令、発電機電圧指令は基準発生器14により作られる。
Further, the field of the electric motor 4 constitutes a brushless excitation device 24 having a current control function, an AC switch 20 in which a thyristor is connected in antiparallel is provided for each of the three phases, and ignition control of the thyristor is performed. The average voltage is controlled by and is applied to the primary side of the rotary transformer 21. The secondary side is coaxial with the rotor of the synchronous motor 4, and is connected to the diode rectifier 22 which is also coaxial. The DC output voltage of the diode rectifier 22 is the field winding 2 of the synchronous motor.
Apply current to 3. The voltage of the electric motor 4 is input to the voltage operational amplifier (VC) 12 by voltage feedback, further passes through the field current operational amplifier 8 and the AC switch phase control circuit (PHC) 9, and the AC of the brushless exciter 24 is supplied.
A field current is input to the switch 20, and thereafter, a field current is caused to flow through the field winding 23 of the synchronous motor via the rotary transformer 21 and the diode rectifier 22 as described above. The output voltage of the generator 2 is closed-group controlled by the voltage regulator 13. The speed command, the motor voltage command, and the generator voltage command are generated by the reference generator 14.

【0022】以上のように構成された本実施例では、電
動機4の速度に従い発電機2の電圧も決められ、電動機
の電圧と発電機の電圧の関係は、図2に示すように比例
関係となるように設定できる。発電機の電圧は、電動機
の必要とする電圧に対し若干のバイアス分をもって設定
されるが、これは位相遅れ制御するための制御余裕に使
用される。一般に発電機の電圧制御は、電動機の電機子
制御より応答性は遅いため過渡的な制御応答は電機子側
のサイリスタ位相制御、および界磁側のサイリスタAC
スイッチが応答するため、応答性を損なわず定常状態で
の制御遅れ角をリップルの小さい領域で使用することが
できる。
In the present embodiment constructed as described above, the voltage of the generator 2 is also determined according to the speed of the electric motor 4, and the relationship between the voltage of the electric motor and the voltage of the electric generator is proportional to that shown in FIG. Can be set to The voltage of the generator is set with a slight bias for the voltage required by the electric motor, which is used as a control margin for controlling the phase delay. Generally, the voltage control of the generator is slower in response than the armature control of the motor, so that the transient control response is controlled by the thyristor phase control on the armature side and the thyristor AC on the field side.
Since the switch responds, the control delay angle in the steady state can be used in the region of small ripple without impairing the responsiveness.

【0023】(第2実施例)図3は本発明の第2実施例
の構成図である。同図に示すように、原動機1で発電機
2を駆動して交流電力を作り、その電力を半導体電力変
換装置3で変換して電動機4を可変速駆動する。半導体
電力変換装置3はサイクロコンバータであり、速度制御
装置5で制御される。速度制御装置5は速度指令信号と
電動機3の速度検出器6からのフィードバック信号を速
度演算増幅器(ASR)7により比較演算し、トルク演
算制御回路(TC)8aに信号を伝達する。このトルク
演算制御回路8aはベクトル制御理論などにより、トル
ク指令を受けて電動機に必要なトルクを発生させるため
の電流とその位相を制御するものである。次の位相制御
回路(PHC)9は電源に同期してサイリスタの点弧タ
イミングを演算して、点弧パルスを発生させる。以上の
構成は一般の交流可変速駆動のシステム構成と同じであ
る。
(Second Embodiment) FIG. 3 is a block diagram of the second embodiment of the present invention. As shown in the figure, the prime mover 1 drives the generator 2 to generate AC power, and the semiconductor power converter 3 converts the power to drive the electric motor 4 at a variable speed. The semiconductor power conversion device 3 is a cycloconverter and is controlled by the speed control device 5. The speed control device 5 compares and calculates the speed command signal and the feedback signal from the speed detector 6 of the electric motor 3 by the speed calculation amplifier (ASR) 7, and transmits the signal to the torque calculation control circuit (TC) 8a. The torque calculation control circuit 8a controls a current and a phase thereof for receiving a torque command and generating a torque required for the electric motor based on a vector control theory or the like. The next phase control circuit (PHC) 9 calculates the ignition timing of the thyristor in synchronization with the power supply and generates an ignition pulse. The above configuration is the same as the general AC variable speed drive system configuration.

【0024】発電機2の電圧は電圧調整器13により電
圧指令15を目標値として閉ループ制御される。電圧指
令15および速度指令16は基準設定器14により作ら
れる。速度設定信号19はホールド回路17を通して電
圧指令15および速度指令16となる。ホールド回路1
7はタイミング回路18によってホールドを操作され
る。タイミング回路18は速度設定信号19の変化を監
視し、増速方向の変化に対しては電圧指令15は時間遅
れ無しで出力され、速度指令16は現状の信号のままホ
ールドし、時間遅れの後にホールドを解除して新たな速
度指令信号を出力する。また、速度設定信号19が減速
方向に変化した場合は、電圧指令15はホールドされ、
時間遅れの後に新たな電圧指令が出力され、速度指令1
6は時間遅れ無しで出力される。
The voltage of the generator 2 is closed-loop controlled by the voltage regulator 13 with the voltage command 15 as a target value. The voltage command 15 and the speed command 16 are generated by the reference setter 14. The speed setting signal 19 becomes a voltage command 15 and a speed command 16 through the hold circuit 17. Hold circuit 1
7 is operated by the timing circuit 18. The timing circuit 18 monitors the change of the speed setting signal 19, and the voltage command 15 is output without a time delay with respect to the change in the speed increasing direction, the speed command 16 is held as the current signal, and after the time delay, The hold is released and a new speed command signal is output. When the speed setting signal 19 changes in the deceleration direction, the voltage command 15 is held,
After a time delay, a new voltage command is output and speed command 1
6 is output without a time delay.

【0025】この状況を図4に示す。すなわち、図4に
おいて、速度設定が0から1ノッチになったとき、発電
機の電圧は即座に1ノッチに相当する電圧を発生する。
その後、遅れて電動機は1ノッチの速度まで加速する。
速度設定が2ノッチに変更されると、発電機の電圧は即
座に2ノッチに相当する電圧を発生する。その後、遅れ
て電動機は2ノッチの速度まで加速する。同様に速度設
定が2ノッチから1ノッチになった場合、電動機は1ノ
ッチ速度まで減速し、遅れて発電機電圧が1ノッチ電圧
に降下する。このように、速度設定の過渡的な短時間領
域は発電機電圧は高くなっているが、定常状態では、電
動機の必要な最低限の電圧を発電機が出力できる。
This situation is shown in FIG. That is, in FIG. 4, when the speed setting changes from 0 to 1 notch, the voltage of the generator immediately generates a voltage corresponding to 1 notch.
After that, the motor accelerates to the speed of one notch with a delay.
When the speed setting is changed to 2 notches, the generator voltage immediately produces a voltage corresponding to 2 notches. Then, with a delay, the motor accelerates to a speed of 2 notches. Similarly, when the speed setting changes from 2 notches to 1 notch, the electric motor decelerates to 1 notch speed, and after a delay, the generator voltage drops to 1 notch voltage. As described above, the generator voltage is high in the transient short-time region of the speed setting, but in the steady state, the generator can output the minimum voltage required by the electric motor.

【0026】(他の実施例)上記第2実施例では電圧指
令と速度指令の時間的関係、すなわちホールド時間をタ
イマーなどによる固定時間としているが、増速方向では
電圧の整定を検出してから速度を変える。同じく減速方
向では速度の整定を検出してから電圧を低減することも
時間を短縮するのに有効である。
(Other Embodiment) In the second embodiment, the time relationship between the voltage command and the speed command, that is, the hold time is a fixed time by a timer or the like. However, in the speed-up direction, after the voltage settling is detected. Change speed. Similarly, in the deceleration direction, it is also effective to reduce the voltage after detecting the speed settling to reduce the time.

【0027】また、減速においては、回生動作するほど
の減速率の場合、必要な転流電圧を確保しないと転流失
敗による事故が考えられる、このようなシステムでは転
流電圧を確保するために発電機電圧は最大電圧を必要と
する場合がある。この場合は図5にように、あらかじめ
減速方向の電圧設定を最大値にしておくことで対応可能
である。
Further, in deceleration, if the deceleration rate is such that regenerative operation is performed, an accident due to commutation failure may occur unless a necessary commutation voltage is secured. In such a system, in order to secure the commutation voltage. Generator voltage may require maximum voltage. This case can be dealt with by setting the voltage setting in the deceleration direction to the maximum value in advance as shown in FIG.

【0028】[0028]

【発明の効果】以上説明したように、本発明によると、
発電機の電圧を運転速度指令に合わせて制御することに
より電動機の電機子、界磁とも電流リップルを最も少な
い状態で運転でき、低速運転領域で発生するトルクリッ
プルを低減することができ、その結果として軸のねじり
振動の問題解決や低騒音化により静粛な可変速駆動装置
を供給することが可能である。
As described above, according to the present invention,
By controlling the voltage of the generator according to the operating speed command, both the armature and the field of the motor can be operated with the smallest current ripple, and the torque ripple generated in the low speed operation range can be reduced. As a result, it is possible to supply a quiet variable speed drive device by solving the problem of torsional vibration of the shaft and reducing noise.

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

【図1】本発明の第1実施例の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a first embodiment of the present invention.

【図2】同図1の作用を説明するための特性図。FIG. 2 is a characteristic diagram for explaining the operation of FIG.

【図3】本発明の第2実施例の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a second embodiment of the present invention.

【図4】図3の作用を説明するための図。FIG. 4 is a diagram for explaining the operation of FIG.

【図5】図3における減速率が大きい場合の作用を説明
するための図。
FIG. 5 is a diagram for explaining an operation when the deceleration rate in FIG. 3 is large.

【図6】交流電動機の可変速駆動装置であるサイリスタ
モータシステムの構成図。
FIG. 6 is a configuration diagram of a thyristor motor system that is a variable speed drive device of an AC electric motor.

【図7】従来の可変速駆動装置の構成図。FIG. 7 is a configuration diagram of a conventional variable speed drive device.

【図8】従来のブラシレス励磁装置の構成図。FIG. 8 is a configuration diagram of a conventional brushless excitation device.

【図9】サイクロコンバータの出力波形図。FIG. 9 is an output waveform diagram of the cycloconverter.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1…原動機、2…発電機、3…電力変換装置、4…電動
機、5…可変速駆動制御装置、6…速度検出器、7…速
度演算増幅器、8…電流演算増幅器、8a…トルク演算
制御回路、9…位相制御回路、10…ポジションセンタ
ー、11…β制御回路、12…電圧演算増幅器、13…
電圧調整器、14…速度基準設定器、15…電圧指令、
16…速度指令、17…ホールド回路、18…タイミン
グ回路、19…速度設定信号、20…ACスイッチ、2
1…回転トランス、22…ダイオード整流器、23…界
磁巻線、24…ブラシレス励磁装置、31…インバー
タ、32…整流器、33…リアクトル。
1 ... motor, 2 ... generator, 3 ... electric power converter, 4 ... motor, 5 ... variable speed drive controller, 6 ... speed detector, 7 ... speed operational amplifier, 8 ... current operational amplifier, 8a ... torque arithmetic control Circuit, 9 ... Phase control circuit, 10 ... Position center, 11 ... β control circuit, 12 ... Voltage operational amplifier, 13 ...
Voltage regulator, 14 ... Speed reference setting device, 15 ... Voltage command,
16 ... Speed command, 17 ... Hold circuit, 18 ... Timing circuit, 19 ... Speed setting signal, 20 ... AC switch, 2
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Rotation transformer, 22 ... Diode rectifier, 23 ... Field winding, 24 ... Brushless exciter, 31 ... Inverter, 32 ... Rectifier, 33 ... Reactor.

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 FI 技術表示箇所 H02P 9/14 F ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of the front page (51) Int.Cl. 6 Identification code Internal reference number FI Technical indication H02P 9/14 F

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 原動機で駆動される発電機が発生させる
交流電力を、半導体電力変換装置により任意の交流電力
に変換して同期電動機を可変速駆動する交流可変速駆動
装置において、前記発電機の出力電圧は、速度が変化し
ている過渡状態を除いた定常状態では同期電動機の運転
周波数と比例関係となるように可変し、前記同期電動機
の界磁は、ACスイッチの点弧制御によって回転トラン
スの一次電圧を可変し、この回転トランスの2次端子に
接続されたダイオード整流器により可変直流電圧を得て
界磁電流を流すブラシレス励磁装置により励磁すると共
にこのブラシレス励磁装置の入力電圧を電圧可変する前
記発電機の電源とすることを特徴とする交流可変速駆動
装置。
1. An AC variable speed drive device for converting an AC power generated by a generator driven by a prime mover into an arbitrary AC power by a semiconductor power conversion device to drive a synchronous motor at a variable speed. The output voltage is varied so as to have a proportional relationship with the operating frequency of the synchronous motor in the steady state except for the transient state where the speed is changing, and the field of the synchronous motor is rotated by the ignition control of the AC switch. The primary voltage is varied, a variable DC voltage is obtained by the diode rectifier connected to the secondary terminal of the rotary transformer, and a brushless exciter that causes a field current to flow is excited and the input voltage of the brushless exciter is varied. An AC variable speed drive device characterized by being used as a power source of the generator.
【請求項2】 原動機で駆動される発電機が発生させる
交流電力を、半導体電力変換装置により任意の交流電力
に変換して交流電動機を可変速制御する交流可変速駆動
装置において、前記電動機の速度指令の設定変更が増速
の場合は、その変更された新たな速度指令値における必
要電圧まで前記発電機の電圧をあらかじめ上昇させた後
に電動機の速度を設定値まで加速し、また前記電動機の
速度指令の設定変更が減速の場合は、前記電動機速度を
設定速度まで減速させた後に、前記発電機の電圧を現状
速度に相当する電圧に降下させることを特徴とする交流
可変速駆動装置。
2. In an AC variable speed drive device for converting AC power generated by a generator driven by a prime mover into arbitrary AC power by a semiconductor power conversion device to control the AC motor at a variable speed, the speed of the electric motor. When the command setting is changed to speed up, the voltage of the generator is raised in advance to the required voltage at the changed new speed command value, and then the speed of the electric motor is accelerated to the set value. When the setting change of the command is deceleration, the AC variable speed drive device is characterized in that, after decelerating the motor speed to a set speed, the voltage of the generator is lowered to a voltage corresponding to the current speed.
【請求項3】 原動機で駆動される発電機が発生させる
交流電力を、半導体電力変換装置により任意の交流電力
に変換して交流電動機を可変速制御する交流可変速駆動
装置において、前記電動機の速度指令の設定変更が増速
の場合は電圧の整定を検出してから速度を変え、また前
記電動機の速度指令の設定変更が減速の場合は速度の整
定を検出してから電圧を低減し、さらに回生動作するほ
どの減速率の場合はあらかじめ減速方向の電圧設定を最
大値にすることを特徴とする交流可変速駆動装置。
3. An AC variable speed drive device for converting AC power generated by a generator driven by a prime mover into arbitrary AC power by a semiconductor power conversion device to control the AC motor at a variable speed, wherein the speed of the electric motor. When the setting change of the command is acceleration, the speed is changed after detecting the voltage settling, and when the setting change of the speed command of the motor is deceleration, the voltage is reduced after the setting of the speed is detected, and An AC variable speed drive device characterized in that the voltage setting in the deceleration direction is set to a maximum value in advance when the deceleration rate is such that regenerative operation is performed.
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