JPS588679B2 - 直流無整流子電動機の制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は起動時等の低速時に断続転流を行う直流無整流
子電動機に於て、上記電流断続法と併用して設定進み角
γｏを０°にして起動し、速度の上昇の後は自然転流に
より、またγｏを６０°に切替えて運転するようにした
制御方法に関し、電動機トルク特性の改善を図ることを
目的とする。

第１図に速度一トルク特性のグラフを示す。

同図において、ａはγｏを０°としたときの電流断続時
のトルク特性、ｂは同じく電流断続であるがγｏを６０
°に切替えた場合のトルク特性、（断続時のトルクは速
度の上昇に伴ない断続周波数が高くなるので図示のよう
に速度と共に減少する）、Ｃはγｏを６０°とし自然転
流のトルク限界特性、（低速度になるに従い転流エネル
ギーが減少し許容トルクは低下する）、を夫々表わす。

すなわち、直流無整流子電動機は大きな起動トルクを得
るため、γｏを０°とし且つ電流断続法により起動し、
電動機速度のある程度の上昇後はγｏを６０°に切替え
また自然転流法によるのであるが、その間の運転過程は
、ｒｏ＝０°の断続転流からγｏ＝６０°の自然転流へ
直接切替えるのは切替えのタイミングによっては同一相
のサイリスタが同時点弧となり転流失敗をきたす場合も
あり、これを避けるため通常次の方法により行ってき九
つまり、まず■γｏを０°とし電流断続法により起動し
ある速度まで運転する、図示するａ特性のイからロ、■
次にｒｏを６０°に切替える。

もちろん切替時には主電流は断であり、ｒ０を６０°と
する断続転流によりしばらく運転するｂ特性のハからニ
まで、■最後に、断続転流から自然転流に切替える、ｃ
特性のホからへ、すなわち、電動機の起動から定格速度
までの最大トルクの推移は図示するように、イ→口→ハ
→ニ→ホ→へ、となりロ〜ホ間で落ち込みが生じ高いト
ルクコンスタント負荷などの場合起動ができなかった。

本発明は上記に鑑み転流失敗を引起す等のことはなくｒ
ｏ＝０°の断続転流からγｏ＝６０°の自然転流へ切替
えトルクの落ち込みをなくし重負荷での起動を容易にし
ようとするものである。

第２図に直流無整流子電動機の主回路を示すが、交流三
相亀源１からのＲ，Ｓ，Ｔ各相出力をサイリスタＲｌ，
Ｓ１，・・・Ｔ２から成る順変換装置互によリ一旦直流
に変換し、その直流電力を続流リアクトルＬを介しサイ
リスタＵ１，Ｖｌ・・・Ｗ２の逆変換装置６に加え電動
機２の回転子位置に応じてこれらサイリスタＵｌ，Ｖｌ
・・・，Ｗ２の点弧順序を決め且つ移相制御を行ないト
ルクを発生させるものである。

３は回転子位置を検出するための位置検出器、４は速度
検出器を夫々示す。

第３図は低速度に断続転流を行なう直流無整流子電動機
制御系の最も一般的な回路図であり、速度制御系は速度
指令器７、速度調節器旦、電流調節器旦などの電流マイ
ナーループを有する普通のものであるが、更にトルク方
向指令器１０の端子Ｆからの正方向トルク指令（零Ｖ）
で速度調節器旦出力を電流マイナーループの指令とする
正方向トルク用電子スイッチＦＸＢ，同じくトルク方向
指令器１０の端子Ｒからの逆方向トルク指令（零Ｖ）で
調節器８の出力を反転させ、（インバータ１１による）
、上記マイナループの指令とする逆方向トルク用電子ス
イッチＲＸＢ、電流調節器９のコンデンサ９ａの電荷放
電用の上記電子スイッチＦＸＡ，ＲＸＡを備えて成る。

１２は順変換装置５のα信号用移相器である。

トルク方向指令器１０は速度調節器旦の出力極性を判別
して、正或いは逆のトルク指令を出し電子スイッチＦＸ
，ＲＸを作動させる。

尚、トルク指令の切替時には若干のむだ時間（数ｍｓ）
を設け、つまり正，逆いづれのトルク指令も零とし（指
令器１０のＦ，Ｒ端子出力を共に正とし電子スイッチＦ
ＸＡ，ＲＸＡを投入し電流調節器９の入出力を短絡する
）電動機トルクを出さないようにする。

これは移相器１２のα信号を一旦キックパルス位置に戻
し回生時の突入電流を防止するためである。

１３はγ論理回路で位置検出器３からの位置信号Ｆ１，
Ｆ２，Ｆ３を入力として、本発明に係る断連及びγｏ切
替論理回路２０からのｒｏ指令により転流進み角γを設
定するものであり、所謂γ信号を出すための回路である
。

断連及びγｏ切替調理回路２０は位置信号Ｆｌ，Ｆ２，
Ｆ３、速度信号Ｎｆ，電流信号Ｉｆを受け上記γｏ指令
と電子スイッチＦＸ，ＲＸを制御し断続転流、自然転流
のいずれかに切替える断連指令（断の場合は＋Ｖ１連で
は零Ｖ）を出す回路であり、断連指令側の出力はダイオ
ート１６及び１７を介し電子スイッチＦＸ及びＲＸを夫
々励磁するべく接続され且つダイオード１６及び１７は
トルク方向指令器１０の出力側ダイオード１４及び１５
と夫々オア回路を構成している。

第４図は断連及びγｏ切替回路２０の詳細回路図、第５
図はその動作を説明するためのタイムチャートである。

これら図面において、６０は位置信号Ｆ１及びその反転
信号Ｆ１の立上り微分波形を得る回路であり、インバー
タ２３微分器２１，２４、ダイオード２２，２５を図示
のように接続して構成される。

Ｕは同じく位置信号Ｆ２とＦ２、６２は位置信号Ｆ３と
Ｆ３の各立上り微分波形用回路であり、インバータ２８
，３３、微分器２６，２９，３１，３４、ダイオード２
７，３０，３２，３５から構成される。

従って、これら回路６０〜６２出力側のＡ点波形は、第
５，図イに示すが、位置信号の切替わり時、即ち、各サ
イリスタＵ１，Ｖ１，・・・・・・Ｗ２いずれかの転流
時に立上る。

３６は電動機速度の低速度域とその他速度を判別するた
めのコンパレータで、低速度域では−Ｖ１その他では＋
Ｖ１である。

３７はフリップフロップで先のＡ点波形をクロックパル
スとして、コンパレータ３６の出力が＋Ｖ１の時、その
出力は＋Ｖ１、ｖｌの時は零Ｖになるものとする。

４３は断続転流の際、電動機電流Ｉｆが回生され略零と
なるのを検出するためのコンパレータ、４２はコンパレ
ータ４３からの検知信号にタイムラグＴ１を持たせるた
めのオン・デイレイ・リレー、５２はフリップフロツプ
３７の＋Ｖ１出力を時間Ｔ２だけ遅らせてトランジスタ
３８へ加えるためのオン・デイレイ・リレー、５３はγ
ｏの切替時に同一相のサイリスタの同時点弧を防ぐため
位置信号の切替時より時間Ｔ３だけ遅くしてγｏ指令を
出すようにしたオン・オフ・デイレイ・リレーである。

（Ａは位置信号Ｆの微分波形（Ａ点波形）、速度信号Ｎ
ｆ（フリツプフロツプ３７の出力）、電流信号Ｉｆを受
け断・連の指令を出す断連指令器で、Ａ点のパルス波形
によりＯＮされるトランジスタ３９、トランジスタ３９
のコレクタ側に抵抗４４，４５を介しそのベースが接続
されるトランジスタ４０、トランジスタ４０のコレクタ
と接地間に接続される抵抗４６．４８、該コレクタの電
位を零とし、断指令＋Ｖ１から連指令（零Ｖ）へ切替え
るためのトランジスタ４１とベース抵抗４９、トランジ
スタ４０のコレクタ電位である断・連指令のうちの断指
令を位置信号の切替わり時より一定：時間持続するため
の正帰還抵抗４Ｔ及び眠動機が設定の低速度を越えた場
合断続転流をやめ自然転流に切替えるためトランジスタ
３９のベース電位を零Ｖにクランプするためのトランジ
スタ３８、から構成される。

第５図において、イがＡ点の微分波形を、ロはトランジ
スタ４０のコレクタ電位波形で＋Ｖ１を断指令、零Ｖを
連指令としている。

ハは電動機電流信号Ｉｆで断指令が出て電子スイッチＦ
Ｘ，ＲＸが共にＯＮされると電流マイナループの指令が
零、電流調節器９の入出力が短絡され移相器１２の入力
は零となりα信号はキックパルス位置におかれ電動機電
流は急速に回生され零となる。

ニはトランジスタ４１のＯＮ，ＯＦＦを表わす波形で電
流Ｉｆが零になった後Ｔ１秒後ＯＮとなる。

ホはコンパレータ３６の出力波形で時刻ｔ２に於て電動
機速度が設定速度に達し−Ｖ１から＋Ｖ１に切替わり、
更に時刻ｔ６にて＋Ｖ１からーＶ１に切替わる様子を示
している。

へはフリツブフロツプ３７の出力波形でコンパレータ３
６の出力が−■の時零Ｖ，＋Ｖ１の時は＋Ｖ１となり且
つＡ点のパルスをクロツク入力としているのでその切替
えは図示するようにクロックパルスｔ３まで遅れること
になる。

トはトランジスタ３８のＯＮ，ＯＦＦを示す図で、速度
が上昇しフロツプフリツプ３７が正側に切替わりオン・
デイレイ・リレー５２がタイムラグＴ２の後ＯＮとなり
、トランジスタ３９をアースにクランブ、従ってトラン
ジスタ４０はＯＦＦでコレクタ電位は零Ｖのままであり
断連指令は連を維持する。

次に電動機速度が低下し時刻ｔ６に至りコンパレータ３
６が負出力に切替わるとトランジスタ３８のベース電位
が抵抗５０、ダイオード５４を介して引かれトランジス
タ３８はＯＦＦとなる。

チはオン・オフ・デイレイ・リレー５３の出力である。

γｏ指令で零Ｖの時ｒ。

はＯ°＋Ｖ１でγ。は６０°で、その切替えは位置信号
切替時よりタイムラグＴ３を持たせている。

以上第４図、第５図に示す回路構成及びその動作波形に
ついて説明したが、次に電動機の起動から定常速度に、
定常速度から停止に至るまでの各動作について説明する
。

起動時は速度信号Ｎｆは０でありコンパレータ３６の出
力は−Ｖ１、フリップフロップ３７の出力は零Ｖ、従っ
てトランジスタ３８はＯＦＦ、リレー５３の出力も零Ｖ
、すなわちγｏ指定は０°となっている。

この状態で電動機が回転し始めると位置信号Ｆが生成さ
れ微分回路０〜６２を介して位置信号の切替わる毎に立
上りパルス波形、第５図イ、を得る。

このＡ点に上記のパルスが生じると（ｔｓ時）、トラン
ジスタ３９はＯＮ（トランジスタ３８はＯＦＦのままで
あるので）、従ってトランジスタ４０はＯＮ、コレクタ
電位は＋Ｖ１となり、断連指令は連から断に切替わる。

この断指令は電動機電流Ｉｆが零になったＴ１秒間続く
。

（第５図、ロ）これはコンパーレータ４３とオン・デイ
レイ・リレー４２、トランジスタ４１の作用による。

この断指令の間は電子スイッチＦＸ，ＲＸ共に励磁され
るので、電流マイナルーブの電流指令は零となり、また
電流調節器旦の入出力端が短絡され、コンデンサ９ａ電
荷が急波電される。

この結果移相器１２の入力は直ちに零になり、その出力
はキックパルス位置にシフトされるので電動機電流Ｉｆ
は急速に回生され零となる。

電流零になった後Ｔ１秒後にトランジスタ４１がＯＮし
断指令から連指令に切替わり電動機電流は再び速度調節
器８の飽和出力である電流制限値一杯まで増大し、電動
機はトルクを発生し加速される。

このように電動機はγ。

を０°とし断・連をくり返す断続転流により起動・加速
される。

電動機速度が上昇し定格回転数の約１０％速度に達した
とき（第１図のト、第５図のｔ２時）、コンパレータ３
６が−Ｖ１より＋Ｖ１に切替わり、位置信号切替時のｔ
３にクロックパルス（第５図，イ）がフリツプフロツプ
３７に入力されその出力が０よリ＋Ｖ１に切替わる。

一方断・連の指令はクロツクパルスがトランジスタ３９
に入るので先に述べたのと同様断指令となり電動機電流
は零になる。

この電動機電流が零若しくは減少中に、γ０を０°から
６０°に切替える。

すなわちリレー５３よりフリツプフロツプ３１出力切替
時ｔ３よりタイムラグＴ８を持たせｔ４時点にて０Ｖよ
り＋Ｖ１へと切替えている。

なおγｏの切替えは電流減少中の間であってもよく、こ
れはサイリスタの短絡事故がおきても回生中でありサイ
リスタを破壊せしめるエネルギーは有しないためである
。

また上記ｔ３より時間Ｔ２を経てトランジスタ３８へ入
力が加えられｔ５、トランジスタ３８はオンされトラン
ジスタ３９のベース入力が零Ｖにクランプされる。

この結果γｏが６θ°に切替わった後はＡ点のクロック
パルスは生成されず断・連指令を連、トランジスタ４０
のコレクタ電位を零Ｖ、に維持する。

（図示のｔ９，ｔ１０，ｔ１１の位置信号切替時でのパ
ルスはなし）すなわち、時点ｔ５以降はγｏが６０°の
自然転流にて連転することとなる。

なお、トランジスタ３８を点弧する時期は電動機電流が
零になった時より次の位置信号切替点ｔ５の間にあれば
よく上記時間幅Ｔ２はかなり自由に選ぶことができる。

上記のように電動機はγｏ＝０°の断続転流により起動
され、その後速度が上昇し例えば第１図示するようにγ
ｏが０°の断続転流のトルク特性ａとγ０が６０°の自
然転流限界トルク特性Ｃとの交点トの速度に達したなら
ばγｏを６０°に切替えかつ自然転流にて運転するもの
であり、電動機トルク；速度特性は同図のイ，ロ，ト，
ホ及びへに沿って推移し、起動から定常速度までトルク
の落込みはあまり見られず図示例のように全速度範囲に
わたって１００％以上のトルクを出すこともできる。

最後に、電動機を停止させるときの動作を説明するが、
起動の時の逆であり、まずコンバレータ３６の出力が＋
Ｖ１より−Ｖ１に切替えられ、その結果トランジスタ３
８はベースが負にバイアスされＯＦＦとなり、次のクロ
ックパルスで断・連指令を断に切替えるべく準備される
。

フリツプフロツブ３７の出力は先のクロツクパルスｔ７
で０Ｖに切替えられ、更にＴ３秒後のｔ８に於てγｏ指
令が６０°から０°となり、またこのｔ７時点で断指令
を出し電機子電流を回生じて零としこれにより逆変換側
サイリスタＵ１，■１，・・・・・・Ｗ２の転流を行な
う。

つまり、起動時と同様、ｒｏを０°に、かつ断続転流に
切替え停止させようとするものである。

以上述べたように本発明は断続の指令及び設定進み角γ
ｏの各切替タイミングを工夫することにより起動から定
格値までの全速度範囲にわたり高いトルクを出すことが
できハイレベルのコンスタントトルク負荷における運転
も容易であるという優れた特長を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流無整流子電動機の一般的な速度一トルク特
性図、第２図は直流無整流子電動機の主回路図、第３図
は低速時に断続転流を行う直流無整流子電動機の制御回
路図、第４図は第３図示する制御回路のうちの断連及び
ｒｏ切替論理回路の詳細図、第５図は第４図示する回路
の動作を説明するためのタイムチャートである。 ２０・・・・・・断連及びγｏ切替論理回路、３６・・
・・，・・コンパレータ、３７・・・・・・フリップフ
ロッフ、５２・・・・・・オン・デイレイ・リレー、５
３・・・・・・オン・オフ・デイレイ・リレー、６３・
・・・・・断連指令器、ＦＸ・ＲＸ・・・・・・電子ス
イッチ。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 起動時等の低速度時に、電動機電流の断続により転
   流を行う直流無整流子電動機において、電動機速度が上
   昇し上記低速度の領域から通常速度域へ切換わるに際し
   、電流断続転流の電流断の区間で電動機電流の急減途中
   または零の間において、設定進み角γｏをＯ°から６０
   °へ切替え、かつこの電流断の区間が終了して後、次の
   位置信号が到達するまでの間に、断続転流から自然転流
   の切替えを行うとともに、他方電動機速度が下降し通常
   速度域から低速度領域へ切換わるに際しては、直ちに自
   然転流から断続転流への切替えを行い、かつ、次の位置
   信号が到達し電流断続転流の電流断の区間で電動機電流
   の急減途中または零の間において、設定進み角γｏを６
   ０°から０°へ切替えるようにしたことを特徴とする直
   流無整流子電動機の制御方法。