JPS59156176A - 無整流子電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は直流式無整流子電動機の電流制御装置に関する
。

従来の直流式無整流子電動機の主回路構成例を第１図に
示す。第１図において、１はサイリスタで構成された電
源側変換器であって三相交流を可変直流に父換する。こ
の可変直流は２なるサイリスタで構成された電動機側変
換器で再び交施に変換され、この交流により３なる交流
電動機を所望の回転速度で運転する。電源側変換器１と
電動機側変換器２の中間にある直流中間回路には４なる
直流リアクトルが直流電流を平滑する目的で挿入されて
いる。５はこの直流リアクトル４に並列に接続されてい
るサイリスクであって、以後はこのサイリスタをシャン
トサイリスタと称するが、直流中間回路の極性とは逆方
向に接続されている。

第１図に示す直流式無整流子電動機において交流電動機
３が接続されている電動機側変換器２０転流は運転中の
交流電動機３の逆起電力によって行なわれるのが普通で
あるが、電動機始動時や低速運転時に°はこの逆起電力
が非常に小さいので転流動作が不安定になる。それ故こ
のような低速時には通常の転流方法ではなく、電源側変
換器１の点弧位相を制御して該変換器１の直流出力電流
を遮断し、その後再び電流を流すのであるが、この電流
遮断期間中に電動機側変換器２の所望するアームのサイ
リスクを点弧するという転流方法が知られている。以後
このような運転を電流断続運転と称する。

電動機の発生するトルクはできるだけ大きく、トルク脈
動は極力小さいことが望ましいので、上述の電流断続運
転をする場合に電流は速やかに遮断するとともに、遮断
後に電流を再投入したときは電流の立ち上りが素早くか
つオーバーシュートなしで立ち上ることが要求される。

また電流立ち上シのときのオーバーシュートをな、くず
ととは。

使用する変換器の電流容量を低減するためにも極めて重
要な事項である。ところで直流、中間回路には電流平滑
用に直流リアクトル４が挿入されており、この直流リア
クトル４のインダクタンスはがなり太きい。そしてこの
インダクタンスのために電流断続運転をするときの電流
遮断と遮断後再投入時の電流立ち上りの応答が著しく遅
くなる。この応答遅れを改善するために第１図に示すシ
ャントサイリスタ５をこの直流リアクトル４に並列に接
続して、電流を遮断するときはこのシャントサイリスタ
５を導通させて直流リアクトル４を短絡して画質換器１
と２に流れる電流を速かに零にする方法が知られている
（特公昭５０−３４７２２号公報）。

しかしシャントサイリスタ５を点弧して直流リアクトル
４を短絡すると回路のインダクタンスが小さくなるので
電流遮断には好都合であるが、その反面回路のインダク
タンスが急に小さくなるために電流制御系が不安定にな
るなどの不都合を生ずる。たとえば電流再投入時に電流
が犬きくオーバーシュートすることである。第２図は従
来の電流断続運転時の電流の変化を示すグラフであって
、横軸は時間、縦軸は電流である。第２図においてＴは
シャントサイリスク５が導通している期間である。そし
て電流遮断後の再投入時に電流がオーバーシュートして
いる状況を示しており、電流のオーバーシュートが好ま
しいものでないことは既に述べた。

本発明はシャントサイリスタを有する直流式無整流子電
動機が電流断続運転をするときに、電流立ち上りのオー
バーシュートを抑制することによシ変換器の電流容量や
動作責務を軽減し、電動機　。

のトルク脈動を減らす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を目的としてい５る。

本発明はシャントサイリスタの導通による回路のインダ
クタンス急変に対して、シャントサイリスタが導通して
いる期間は電流調節器は比例動作のみとし、同時に比例
ゲインを低下させることにより上記の目的を達成してい
る。

前述せる電流オーバーシュートのＪ因についての考察を
以下に述べる。

第１図における電源側変換器１の直流出力端子から見た
負荷回路には直流リアクトル４が含まれており、等測的
にはインダクタンスＬと抵抗Ｒの直列回路であるから、
この回路の電圧に対する電流の伝達関数をＧとすると、
このＧは（１）式で与えられる。

尤 合のゲインの比をΔＧとすると、このΔＧは（１）式次
（７）　（３）式で近似することができる。

ときに、直流中間回路に挿入されている直流リアクトル
４をシャントサイリスタ５で短絡することによって、短
絡前の回路のインダクタンスＬｌがＬ２に変化すると、
周波数が比較的高い範囲での制御系のゲインがＬｌ／Ｌ
２倍に増加をするのでゲインが不必要に高くなり制御が
不安定になるのが原因である。

次にこのような不都合を解消するた−めになされた本発
明の実施例である無整流子電動機の回路図を第３図に示
す。第３図において１．は交流電源に接続されて可変直
流を出方する電源側変換器であって、サイリスタで構成
されている。２はこの変換器１の可変直流出方を交流に
変換する電動機側変換器であり、これもサイリスタで構
成されてｈる。３はこの変換器２の交流出方で駆動され
る交流電動機であって、本丙施例では同期電動機である
。４は画質換器１と２の中間にある直流中間回路に挿入
されて直流電流を平滑にするための直流リアクトルであ
シ、５は該直流リアクトルに並列に接続されていて、必
要に応じてこの直流リアクトルを短絡するためのシャン
トサイリスタであって、この直流中間回路の極性と逆方
向に接続されている。６は磁極位置検出器、７は速度検
出発電機であって、いずれも交流電動機３に結合されて
いる。１１は電動機電流を検出する変流器、１２は電動
機端子電圧を検出する計器用変圧器である。

１３は逆起電力演算器で１４は磁束演算器、１５は電動
機３の界磁電流を調節する磁束電流調節器で１６は電動
機界磁の電流検出器５１７は点弧角調整器、１８は界磁
サイリスタで１９が電動機３の界磁である。２１は電動
機側変換器２を構成するサイリスクの点弧角設定器であ
り、２２は同じくこの変換器２のサイリスタアームに点
弧パルスを分配するパルス分配器である。３１は速度設
定器、３２は速度設定信号と速度帰還信号の加算点、・
　　３３は速度調節器で３４は電流設定信号と電流帰還
信号の加算点であり、３５は直流中間回路の電流検出器
である。３６は電源側変換器１のサイリスクの点弧角調
整器、３７は零電流検出器で３８は零電流指令器である
。４０は電流調節器であって４１なる積分調節器と４３
なる比例調節器で構成され、この両調節器の出力信号が
加算点４６で加え合わされるようになっている。４２は
常時閉の接点であって、必要に応じて積分調節器４１を
切離すためのものであり、４４は常時閉であって復帰に
時間遅れを有する時延接点であり、必要に応じて比例調
節器４３の比例ゲインを変えるためのものである。

第３図により本発明の実施例の詳細を以下に説明する８ 交流電力は電源側変換器１で直流に変換され。

この直流は直流リアクトル４で平滑された後電動機側変
換器２で再び交流に変換されて電動機３に電力を供給す
るが、この電動機電流と電圧は変流器１１と計器用変圧
器１２で検出され、この電流電圧信号は１３なる逆起電
力演算器と１４なる磁束演算器を経て磁束電流調節器１
５に入力する。

この磁束電流調節器１５には電流検出器１６からの界磁
電流帰還信号が加えられ、と、の磁束電流調節器１５の
出力信号により点弧角調整器１７の出力で界磁サイリス
タ１８を制御して電動機３の界磁１９に適正な界磁電流
を供給するようになっている。また磁束演算器１４の出
力信号は２１なる点弧角設定器に入力し、この点弧角設
定器２１からの出力パルスは２２なるパルス分配器にお
いて磁極位置検出器６からの信号により、電動機側変換
器２の所望するアームのサイリスタを点弧するように分
配され、その結果として該変換器２は直流を交流に変換
する。

電動機３の速度は速度設定器３１で設定され、その速度
設定信号と速度検出発電機７からの速度帰還信号とは加
算点３２で比較され、両信号の差信号が速度調節器３３
に入力し、この速度調節器から電流設定信号が出力する
。この電流設定信号と、直流中間回路に設けた電流検出
器３５からの電流帰還信号とは加算点３４で比較され、
その差信号が４０なる電流調節器に入力し、ＰＩ調節器
でなるこの電流調節器４０の出力は点弧角調整器３６に
入力し、電源側変換器１を構成するサイリスタはこの点
弧角調整器３６の出力によ１．つて制御されて電動機３
の速度を速度設定器３１で設定している速度に保つ。

電動機３の速度が低いときは電動機３の逆起電力が極め
て小さいために、電動機側変換器２に特別な転流回路を
設けないで転流動作を円滑に行なうために電流断続運転
をすることと、この直流回路の電流断続に連動してシャ
ントサイリスタ５を導通制御させることは既に記述しで
あるが、その動作は次の通りである。

電動機３が低速であることを示す速度検出発電機７から
の信号と、電動機側変換器２の転流タイミングを指示す
る磁極位置検出器６からの信号とが零電流指令器３８に
入力され、との零電流指令器３８から電流零指令が電源
側変換器１の点弧角調整器３６に与えられる。この信号
は電流調節器４０からの信号に優先するようなされてい
るので、この変換器１のサイリスタに印加されるパルス
はシフトされて該変換器１の直流出力電流は遮断される
。これと同時に零電流指令器３．８の出力信号でシャン
トサイリスタ５を導通させる。これにょシ直流リアクト
ル４はシャントサイリスタ５で短絡されるので回路のイ
ンダクタンスは急激に小さくなシ、電源側変換器１から
の直流電流も急速に遮断される。

更に零電流指令器３８の出方信号は電−調節器４０の接
点４２と時延接点４４にも印加される。

この電流調節器４０は一般に比例積分調節器で構成され
るが１本実施例では動作をわかシ易くするために積分調
節器４１と比例調節器４３に分けて構成し、この両調節
器の出力を加算点４６で加え合わせるようにしている。

そして２零電流指令器３８の出力信号によシ接点４２は
開となり積分調節器イ１は回路から切り離される。これ
は電源側変換器１のパルスがシフトされて直流を出力し
ていない期間は、この電流調節器４０が不必要な積分動
作をするのを防止するためである。また零電流指令器３
８の出力信号により時延接点４４も直ちに開状態に々る
。この時延接点４４が開になると比例調節器４３の入力
抵抗の抵抗値が大きくなるため、比例ゲインが低下する
。この比ｐＨゲインの低下の程度は（３）式で示される
ゲインの増加率の逆数になるように設定するのが最適で
ある。

零電流指令器３８の出力信号によシ直流中間回路の電流
が零になったことは電流検出器３５かもの信号で３７な
る零電流検出器によシ検出され、この信号が零電流指令
器３８に与えられて零電流指令器３８からの電流零指令
が解除される。この電流零指令の解除により点弧角調整
器３６は電流調節器４０の出力信号に基づいて電源側変
換器ｌの直流出力電流を制御するが、この時点での電流
調節器４０の出力信号は時延接点４４がまだ復帰してい
ないで開状態にあるので、比例調節器のゲインは低いま
＼である。一方シヤントサイリスタ５のゲートに与えら
れている点弧信号も消えるがこのシャントサイリスタ５
は導通状態を維持して直流リアクトル４との間で電流を
循環しているが、電源側変換器１の出方電流が立ち上っ
てこの循環電流と等しくなった時に消弧する。そして時
延接点４４もこのシャントナ４１人スタ５が消弧したと
きに復帰するように時限を設定しである。そしてこの時
延接点４４が復帰すれば比例調節器４３の比例ゲインは
もとの値となる。

即ち本発明では電源側変換器１の直流出方電流遮断と同
時に電流調節器４ｏの積分動作をやめ、比例ゲインを低
下させる。そして電源側変換器１を再投入すると同時に
電流調節器４ｏは積分動作を開始するが、直流リアクト
ル４はまだ短絡されているので比例ゲインは低いま＼′
であり、これによシミ流のオーパークニートを防ぎ、シ
ャントサイリスク５が消弧した時点で電流調゛節器４ｏ
の比例ゲインかもとの値にもどるように時延接点４４の
復帰時限を設定している。

第４図は本発明の別の実施例を示す回路図である。第４
図において４５は電流調節器４０に含まれる比例調節器
４３の帰還抵抗の抵抗値を変化させるための常時開の接
点、５０はシャントサイリスタ５０回路に挿入された電
流検出器であシ、５１は直流リアクトル４とシャントサ
イリスタ５０間を循環する電流の有無を検出する電流指
令器であるが、上記以外の符号はすべて第３図と同じで
ある。この第４図の動作は第３図と動作が異なるところ
について以下に説明する。

第４図においては電流調節器４０の比例ゲインの低減・
復帰と積分回路の切離し一復帰は、シャントサイリスタ
５０回路に挿入される電流検出器５０からの信号をもと
にして電流指令器５１により接点４２と接点４５を動作
させることによシ達成している。すなわち零電流指令器
３８の出力信号でシャントサイリスタ５が点弧導通して
電流検出器５０が電流を検出した時に電流調節器４０の
積分回路を切離し、かつ比例ゲインを低下させている。

そして零電流指令器３８の指令が解除されて電源側変換
器１の直流出力電流が立ち上ってシャントサイリスタ５
が消弧すると電流指令器５１の指令が解除されて電流調
節器４０の積分回路はもとにもどり、比例ゲインももと
に戻る。このようにシャントサイリスタ５の電流を検出
すれば比例ゲインをもとに戻すのに時延要素は不要とな
る。

また比例調節器４３の帰還抵抗の接Ａ４５の動作による
抵抗値の変化で比例ゲインを変えるのであるが、この比
例ゲインの変化は第３図の場合と同様なものとする。

以上に詳述したように、直流式無整流子電動機を低速で
運転する際に転流を確実にするため電流断続運転と同時
に直流中間回路の直流リアクトルを短絡・開放すること
に起因して、直流電流再投入時の電流オーバーシュート
が発生するが、本発明を適用することによシミ流分−バ
ーシュートが解消され、それにより変換器の電流容量低
減や動作責務の軽減が達成され、電動機のトルク脈動も
減少させることができるのである。

なお、電流断続運転のみではなく、過電流時などで電流
を急速に減衰させるためにシャントサイリスタを点弧導
通させることは極めて効果的であるから、その直後に電
流を再投入する場合にも本発明による原理は有効に作用
する。また回路のインダクタンスが鉄心の飽和などで極
端に小さくなるような場合にも本発明の原理は有効であ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流式無整流子電動機の主回路構成図であり、
第２図は従来の電流断続運転時の電流グラフである。第
３図は本発明の実施例を示す回路図であり、第４図は本
発明の別の実施例を示す回路図である。 １・・・電源側変換器、２・・・電動機側変換器、３・
・・交流電動機、４・・・直流リアクトル、５・・・シ
ャントサイリスク、６・・・磁極位置検出器、７・・・
速度検出発電機、３５．５０・・・電流検出器、３６・
・・点弧角調整器、３７・・・零電流検出器、３８・・
・零電流指令器、４０・・・電流調節器、４１・・・積
分調節器、４２．４５・・・接点、４３・・・比例調節
器、４４・・・時−延接点、５１・・・電流指令器。 第１図 市 汀り 第２図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）電源側変換器と電動機側変換器と、前記画質換器の
   間にある直流中間回路に挿入される直流リアクトルと、
   該直流リアクトルに並列で直流回路の極性と逆方向に接
   続される半導体スイッチを備えてなる電力変・換装置に
   より給電される無整流子電動機の電動機側変換器清流入
   力電流を断続させるように電源側変換器の制御を行なう
   と共に、該電源側変換器直流出力電流を零にすべき際に
   前記半導体スイッチをオンするようになされた無整流子
   電動機において、該半導体スイッチがオン・オフするの
   に伴う回路定数の変化を補償する手段を電力変換装置に
   備えてなることを特徴とする無整流子電動機の制御装置
   。 ２、特許請求の範囲第１項記載の制御装置において、回
   路定数の変化を補償する手段は、半導体スイッチがオン
   の期間または電源側変換器直流出力電流を零にすべきと
   きから該電流流通再開後一定時間経過するまでの期間は
   電源側変換器制御回路の電流調節比例ゲインを変化させ
   る手段または電流調節積分慟作を中止させる手段である
   ことを特徴とする無整流子電動機の制御装置。 ３）特許請求の範囲第２項記載の制御装置において、電
   流調節比例ゲインを変化させる手段は、半導体スイッチ
   がオフのときに電源側変換器直流出力端子から見た負荷
   回路のインダクタンスヲ、半導体スイッチがオンのとき
   に同じと、ころから見た負荷回路のインダクタンスで割
   った値の逆数に略比例するように前記比例ゲインを変化
   させる手段であることを特徴とする無整流子電動機の制
   御装置。