JPS5854598B2 - ムセイリユウシデンドウキノセイギヨソウチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、断続始動時にせの断続時間巾を速度上昇に応
じて低減制御して高速域での平均電流を増大し起動トル
クを増大制御する無整流子電動機の制御装置に関する。

最近、電気自動車等の電気車両にチョッパと無整流子電
動機を組合わせた駆動方式が考えられている。

この駆動方式の基本的構成、即ちダブルチョッパ方式を
第１図で説明する。

図でＢはバッテリのような直流電源、Ｃｔｔｓは電源開
閉器としての電磁接触器、ＣＨｌ とＣＨ２ばそれぞれ
チョッパ装置、ＤｌとＤ２は各ダイオード、ＬＳは平滑
用リアクトル、Ｓｗはこの平滑用リアクトルＬＳの短絡
用サイリスタ、８１〜Ｓ６は３相グレーツ接続されたサ
イリスタコンミュテータとして動作する逆起電力転流式
インバータＳＲＣを構成する各サイリスク、ＳＭはＵ、
Ｖ、Ｗの各相電機子巻線および別置励磁電源ＥＸで励磁
される界磁巻線Ｆを有する同期電動機、ＰＳは同期電動
機ＳＭの界磁磁束と電機子磁束の相対位置を検出する位
置検出器、ＧＣはこの位置検出器ＰＳ出力に応じてイン
バータＳＲＣの各サイリスタ８１〜Ｓ６にゲート信号を
送り、これらを予定の順序に導通させるゲート制御回路
である。

オた、ＣＣは運転基準信号ＰＲ１前記位置検出器ＰＳの
出力信号、電流検出器ＳＨの信号ｉｓ および図示しな
いパルス発生器から一定間隔でパルス信号として出力さ
れるオフ期間信号ＳＴｏ などが入力されこれらの信号
に基いて論理演算を行なって前記チョッパ装置ＣＨ１と
ＣＨ２をオン・オフ制御するとともに、オフ転流始動よ
り逆起電力転流への切換えの判断を行なう中央制御回路
である。

この中央制御回路ＣＣは前記位置検出器ＰＳの出力信号
にもとすいて前述の第２図のようなオフ期間信号ＳＴｏ
を作り、前記信号ＳＴｏ に応じてチョッパＣＨ１と
ＣＨ２をオフ・オンする。

すなわち、前記転流のタイ□ングでチョッパＣＨ１とＣ
Ｈ２をオフ、さらにオフ期間Ｔ。

後に前記チョッパＣＨ１とＣＨ２をオンするものである
。

なか、前記運転基準信号ＰＲは電流基準信号捷たは速度
基準信号に相当するものである。

電流基準信号を入力する場合には電流制御演算が、速度
基準信号を入力する場合には更に速度制御演算が前記中
央制御回路ＣＣのなかで行なわれる。

速度制御の場合には電動機の軸端に速度センサーが設け
られ、前記速度センサーの出力信号が中央制御回路ＣＣ
に入力されると共に電流マイナー制御が実施される。

この第１図のサイリスタコン□ユテータは前記のように
逆起電力転流式なので、逆起電力が確立されない起動時
には断続起動が行なわれる。

以下その動作を説明する。

起動に際しては、インバータＳＲＣの転流毎にチョッパ
ＣＨ１，ＣＨ２を同時にオフし、このとき同時に平滑リ
アクトルＬＳ短絡用サイリスタＳＷをオンし、インバー
タＳＲＣのサイリスタに逆バイアスをかけて転流してゆ
き、断続転流始動を行なう。

い昔、インバータＳＲＣがサイリスタＳ１と８６がオン
し電動機ＳＭのＵ相巻線からＷ相巻線に電流が流れてい
るとし、この状態からサイリスタＳ１からＳ２に転流す
る場合を考える。

このときチョッパＣＨＩとＣＨ２がオフされ、筐た短絡
用サイリスタＳＷがオン信号ＧＳＷで導通スルと、Ｕ相
巻線とＷ相巻線に蓄えられていた電磁エネルギーは、５
ｌ−Ｕ相巻線−Ｗ相巻線−８６−Ｄ２〜Ｂ−ＤＩ−８Ｗ
−８１の回路に流れて直流電源Ｂに回生され、電流は急
速に減衰する。

また同時にサイリスタＳｌ、Ｓ２．Ｓ３の陽極端子１は
ダイオードＤ１と短絡用サイリスタｓｗによって直流電
源Ｂの負端子に接続され、またサイリスタＳ４．Ｓ５．
Ｓ６の陰極端子２はダイオードＤ２によって直流電源Ｂ
の正端子に接続されるので、各サイリスタ８１〜Ｓ６は
直流電源Ｂによって逆バイアスされ、確実にターンオフ
する。

したがって前述の通りインバータＳＲＣの転流毎にチョ
ッパＣＨ１とＣＨ２の同時オフの後適当な時間、即ちオ
フ期間Ｔ。

（例えば２ｍ５）後、サイリスタＳ２と８６をオンする
と、電動機ＳＭにはＶ相からＷ相巻線に電流が流れ、転
流が完了する。

以後、第２図に示すように、各転流毎に一定のオフ期間
Ｔ。

をおき、同様の動作を繰り返す。すなワチ、前記第２図
のタイミングｔ１．ｔ２．・・・ｔ３等テチョッパＣＨ
１とＣＨ２をオフ、タイ□ングｔ１ａｙｊ２ａｔ・・・
ｔ８ａ等で前記チョッパＣＨ１とＣＨ２をオンする。

この断続始動で電動機ＳＭが加速され、電動機ＳＭに逆
起動力が確立されると各サイリスタ８１〜Ｓ６は逆起電
力転流を行ないうる状態となる。

この状態となったら定常運転に切換える。

即ち、カ行はサイリスタＳＷのゲート信号ＧＳＷを消滅
させチョッパＣＨ２をオン状態に継続しておいて、チョ
ッパＣＨ１を断続させて電流制御する。

逆転はサイリスタＳ１〜Ｓ６の点弧順、つ１リインバー
タＳＲＣのゲートシーケンスを逆転することにより行な
う。

この場合、即ち逆転時起動はカ行時と同様に断続転流起
動を行ない、加速完了後逆起電力転流に切換える。

さらに回生制動はインバータＳＲＣのゲートシーケンス
を逆転させ同期電動機ＳＭを発電機として作動させると
共に、チョッパＣＨ２をオフし、チョッパＣＨ１を断続
させることにより行なう。

同、第２図で各符号の頭文字Ｇは当該サイリスタのゲー
ト信号であることを示し、すたＴ。

は各転流毎のオフ期間、云い換えればチョッパＣＨ１，
ＣＨ２オフから次に転流すべきサイリスタにオン信号が
与えられる筐での期間である。

このような無整流子電動機において、その起動待逆起電
力が大きくなるにつれ電機子電流が逓減してゆくので、
電流の截断性が良好となる。

したがって、断続起動時において、各転流毎のオフ期間
Ｔ。

を電動機ＳＭの回転数上昇、換言すれば逆起電力の増加
に応じて短縮すれば、高速時には平均電流が増大し、こ
れにより起動トルクが増大できることになる。

しかもオフ期間Ｔ。を短縮しても電流の截断性が良好と
なることから転流動作に支障が生じない。

本発明はこの点にかんがみ、断続起動時電動機の回転数
上昇に応じオフ期間を短縮してゆき高速領域にむいて起
動トルクが増大できるようにした無整流子電動機の制御
装置を提供することを目的とする。

以下本発明の一実施例を図面を参照して説明する。

本発明では第３図に示すように位置検出器ＰＳ出力を入
力するゲート制御装置ＧＣから得られるサイリスタコン
ミュテータＳＲＣへのゲート信号ＧＳ’ｆ〜ＧＳ６をそ
れぞれ微分回路Ｇ１１〜ＧＩ６を通して転流毎の微分パ
ルスを得、この微分パルスをオア回路ＯＲを通して単安
定回路ＢＶに入力し、この単安定回路ＢＶからオフ期間
信号ＳＴｏを得て前記中央制御回路ＣＣに入力する構成
とする。

捷た前記単安定回路ＢＹの入力信号（微分パルス）を前
記サイリスタＳＷのゲート信号ＧＳＷとして前記サイリ
スタＳＷのゲートに送り、このサイリスタＳＷを点弧す
る。

したがって、従来中央制御回路ＣＣに入力されるオフ期
間信号ＳＴｏが一定間隔であったが、上記のような構成
に釦いては、単安定回路ＢＶを、電動機ＳＭが低回転数
のとき所期のオフ期間Ｔ。

間隔の出力が発生するように整定しておけば、ゲート信
号の周期は電動機ＳＭの回転上昇に応じて高くなるので
、単安定回路ＢＶ出力はそれに応じた短縮された期間で
出力を発生するので、電動機ＳＭの回転数上昇にしたが
ってオフ期間Ｔ。

を短縮し、前記目的を達することが可能となる。

つぎに、第４図の単安定回路ＢＶにより、電動機回転数
上昇に応じオフ期間Ｔ。

が短縮される動作について説明する。

第４図でＴｒｌ、Ｔｒ２．Ｔｒ３は各トランジスタ、ｒ
１〜ｒ６は各抵抗、Ｒ１とＲ２は可変抵抗、Ｃはコンデ
ンサ、Ｄはダイオードである。

この回路で電源が投入されると、トランジスタＴｒ３
には可変抵抗Ｒ２を通し十Ｂ電源カヘース入力として
加わシ、一方トランジスタＴｒ２ のベースには十Ｂ電
源を抵抗ｒ１ｙｒ２ｙｒ３で分圧した電圧が加わるので
トランジスタＴｒ３ のベース入力の方が犬きく、シた
がってトランジスタＴｒ３がオンする。

このとき抵抗Ｒ１−コンデンサＣ−、、）ランジスタＴ
ｒ３ のベース−エミッタの回路によりコンデンサＣ
には図示極性に充電される。

つぎに、入力端子にある微分回路から微分パルスが入力
されると、トランジスタＴｒ１ がオンとなり、これ
によりトランジスタＴｒ２ のコレクタ側がダイオード
Ｄ１ トランジスタＴｒ１ を通してアースされ、ト
ランジスタＴｒ３ はコンデンサＣの充電電圧だけ逆バ
イアスされるのでオフとなり、このためトランジスタＴ
ｒ２ はベースバイアスが増大してオンとなる。

するとコンデンサＣはトランジスタＴｒ２ を介し放
電してゆき、更に逆充電されて一定のレベルに達すると
トランジスタＴｒ３はベースバイアスがオンレベルにな
ってオンし、このためトランジスタＴｒ２ は逆にベー
スバイアスが減少してオフとなる。

つ渣り入カパルスカアったとき、トランジスタＴｒ２
はＣとＲ２の時定数によって決ｌる一定時間だけオンと
なり、その後定常状態に戻る。

この回路に釦いて、電動機ＳＭの回転数が非常に低い場
合は、転流毎の微分パルス間隔が広いのでコンデンサＣ
はほぼ電源電圧子Ｂｔで充電され、巾の広いほぼ一定の
単安定パルス出力が得られる。

この一定の単安定出力パルスをオフ期間Ｔ。

に整定しておけば、電動機ＳＭの回転数が上昇し転流毎
の微分パルス間隔が小さくなるとＣとＲ１による時定数
が大きいので、コンデンサＣに充分に充電される前に微
分パルスによって単安定の動作を開始するので、単安定
の出力巾が短かくなることになる。

即ち、電動機ＳＭの起動時、電動機ＳＭの回転数が上昇
するに従ってオフ期間Ｔ。

は短縮されるので、それに応じて電動機ＳＭに供給され
る平均電流値が増大し従ってトルクも増大することにな
る。

第５図は上記単安定回路にむいて、電動機ＳＭの回転数
に対して単安定パルス巾出力、即ち断続パルス巾（オフ
期間）がどのように変化するかを実験したデータである
。

この第５図のデータからも明らかなように、電動機回転
数と断続パルス巾との間はほぼ逆比例の関係にあり、従
って上記装置により目的を達することができる。

第１１図は直流入力電流（電流検出器ＳＨの検出信号）
の概略波形である。

断続転流始動時、前記検出器ＳＨの検出信号ｉｓ は第
１１図のような断続波形となり、オフ期間Ｔ。

を除けば前記運転基準信号ＰＲに基づく設定電流値Ｉｓ
ｏ に前記中央制御回路ＣＣの演算機能によって一定に
制御される。

ただし電流検出器ＳＨの検出信号ｉｓ の平均値（直流
入力平均電流）Ｉｓは断続転流により第１１図のように
前記設定電流値Ｉｓｏ よりかなり小さくなるのが一
般的であった。

第６図乃至第８図は無整流子電動機の電流断続始動特性
の負荷試験結果である。

第６図はオフ期間Ｔ。−６ｍ５一定、進み角γ〇二４０
’ ｐ Ｉｓｏ −設定電流としたときの負荷特性、第
７図はＴ。

＝：３ｍｓ一定、設定の進み角γ。

−４００（ＴＯは直流機のブラシ角度に相当するもので
、位置検出器ＰＳの設定によって定曾るものである。

）、■ｓｏ＝設定電流としたときの負荷特性で、オフ期
間Ｔ。

が長ければ長いほどトルクの高速時における減少の著し
いことがわかる。

第８図はオフ期間Ｔ。を第５図のように変えたときの負
荷特性であり、第６図と第７図に比べて高速域のトルク
特性がはるかに優れていることがわかる。

第８図で、例えばＴ（４００）とはＩｓｏ ＝４０ＯＡ
におけるトルクを示す。

逆起電力転流では一般に５〜１０ｏ！、速度で逆起電力
が少なくともＩＯＶ程度発生すれば転流は十分に行なわ
れる。

前記位置検出器ＰＳの出力信号は中央制御回路ＣＣに入
力され、平滑された後速度に比例したアナログ信号に変
換される。

このアナログ信号が５〜１０φ速度付近の設定点に達し
た瞬間に断続転流始動から定常運転（逆起電力転流）へ
切換える。

本発明における実施例では電動機速度が５００
ｍ、に達した瞬間に逆起電γ・ｐ・ 力転流に切換え仕様を満足する特性を得ている。

ただし、第５図、第６図乃至第８図においては、５００
γ、ｐ、ｍ０以上の領域１で断続転流始動を試験的に継
続して前記のようなデータを測定した。

実際には５００γ、ｐ６ｍ、付近で早目に定常運転に切
換えた方が制御面τ良好である。

上記説明では、ダブルチョッパ形の無整流子電動機につ
いて説明したが、最近コストダウンの意図から一方のチ
ョッパを電磁接触器等の電気接点とする所謂シングルチ
ョッパ制御方式が考えられているが、この方式の場合、
本発明は特に有効である。

第９図はこのシングルチョッパ方式の回路図で、Ｃｔｔ
が電磁接触器接点（この接点ＣｔｔはチョッパＣＨと入
れ換えた位置でもよい）で、その動作は、起動に際して
は電磁接触器Ｃｔｔは閉じて釦き、転流毎にチョッパＣ
Ｈをオフし同時にホイーリングサイリスタＳＷをオンす
る断接始動を行ない、カ行、逆転の逆起電力転流による
定常運転は電磁接触器Ｃｔｔ を閉じてち・きサイリ
スタコン□ユテータＳＲＣのゲートシーケンスを選択し
チョッパＣＨのオン、オフ制御により行ない、そして回
生制動は電磁接触器Ｃｔｔ を開放しサイリスタコン
ミュテータＳＲＣのゲートシーケンスを逆転し、チョッ
パＣＨをオン、オフ制御することにより行なうものであ
る。

本発明はこの他、第１０図に示すように一方のチョッパ
をトランジスタＴｒに置き換えた場合にも適用できる。

なお、本発明で使用する単安定回路は第４図のようなト
ランジスタ回路に限定されるものではなく、ＩＣ、ＣＰ
Ｕ 等ワンショット機能のあるものであれば、これを使
用しても差し支えない。

また、第３図に示す微分回路ＧＩ、〜ＧＩ６に代えて転
流に同期したタイミングパルスヲ発生する電子回路でも
差し支えない。

さらに第１図、第９図、第１０図の同期電動機ＳＭに位
置検出器ＰＳ以外にパルスジェネレータまたは速度発電
機を直結し、同期電動機ＳＭの回転速度を正確に検出し
てその検出信号を中央制御回路ＣＣに入力して断続転流
始動より逆起電力転流に切り換える方式としてもよい。

以上記載のように本発明では、無整流子電動機の断続起
動時に、サイリスタコン□ユテータの転流毎に微分パル
スを発生させ、この微分パルスにより単安定回路を動作
させ、電動機の回転数上昇に応じて単安定回路の出力で
あるオフ期間信号巾を減少させるようにしたので、高速
域にて起動トルクを増大させることができる無整流子電
動機の制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図はダブルチョッパ形の無整流子電動機の主回路図
、第２図は第１図のサイリスタコンミュテータのゲート
信号を示す図、第３図は本発明要部ブロック図、第４図
は第３図の単安定回路構成図、第５図は断続パルス巾−
回転数曲線図、第６図と第７図は断続パルス巾を一定と
した場合の電流断続特性曲線図、第８図は断続パルス巾
を変えた場合の電流断続特性曲線図、第９図と第１０図
は他実施例を示す異なる主回路構成図、第１１図は第１
図に示す電流検出器で検出された直流入力電流の概略波
形図である。 ＣＨｌ 、ＣＨ２，ＣＨ・・・チョッパ、ＬＳ・・・平
滑リアクトル、ＳＷ・・・ＬＳ短絡用サイリスタ、Ｄｌ
。 Ｄ２・・・ダイオード、ＳＲＣ・・・サイリスタコンミ
ュテータ、ＳＭ・・・同期電動機、Ｔｒ・・・トランジ
スタ、ＰＳ・・・位置検出器、ＧＣ・・・ゲート制御回
路、ＣＣ・・・中央制御回路、ＳＨ・・・電流検出器、
Ｇ１１〜Ｇ１６・・・微分回路、ＯＲ・・・オア回路、
Ｂｖ・・・単安定回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無整流子電動機の電機子巻線に制御電流を供給する
   サイリスクコン□ユテータと直流電源との間にチョッパ
   、平滑リアクトルおよび電流検出器を直列接続し、また
   前記平滑りアクドルに並列に短絡用サイリスタを接続し
   、且つ前記無整流子電動機の回転位置に応じて前記サイ
   リスタコンミュテータのサイリスタをゲート制御するゲ
   ート制御回路と運転基準信号、前記電流検出器の出力信
   号および前記回転位置信号の入力により論理演算を行な
   って前記チョッパをオンオフ制御するとともに断続転流
   始動より逆起電力転流への切換えを判断する中央制御回
   路とを設けるようにした無整流子電動機の割部装置にむ
   いて、前記サイリスタコンミュテータの転流毎に微分パ
   ルスを発生する微分回路と、この微分回路からの微分パ
   ルスで駆動され前記サイリスタコンミュテータの転流毎
   にオフ期間信号を出力パルスとして発生する単安定回路
   とを備え、前記オフ期間信号を前記中央制御回路に入力
   して起動時回転数が上昇するにつれて転流時のオフ期間
   を短くするようにした無整流子電動機の制御装置。