JPS59156178A - 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駆動運転、制動運転を
切換える制御装置に関する。

第１図は駆動運転と制動運転の両運転モードが可能な直
流式無整流子電動機の従来例を示す回路図である。第１
図において、１は交流電源に接続されている電源側変換
器であって、サイリスタで構成されている。この電源側
変換器１の直流側端子は２なる直流リアクトルを、介し
て３なる電動機側変換器に接続されておシ、該電動機側
変換器３の孟２流側端子は同期電動機４に接続されてい
る。

５は電動機界磁であって本図には記載されていない別途
の電源から界磁電流が供給されて電動機４の端子電圧を
所望する値に維持するようになっている。６は磁極位置
検出器、７は速度検出発電機であって、いずれも電動機
４０回転子に結合されている。１１は逆変換パルス発生
器、　１２は順変換パルス発生器であって、この両者そ
発生したパルス２マ′ は１３なるパルス切換器でどちらか嵜選択されて電動機
側変換器３に与えられる。電動機側変換器３０転流には
特別の転流回路は、設けずに、電動機４の誘起電圧によ
シ転流する方式が一般的であるが、そのときの転流位相
は機械的または電気的に把握した回転子または回転磁束
の位置から決められる。

第１図で示す回路図の場途゛は、電動機４の回転子に結
合されている磁極位置検出器６の信号から逆変換パルス
発生器１１は電動機側変換器３の逆変換用の点弧パルス
を発生し、順変換パルス発生器１２は同じく順変換用の
点弧パルスを発生し、そのどちらか一方の点弧パルスを
パルス切換器１３で選択して電動機側変換器の位相割部
をしている。

電動機４の速度は２１なる速度設定器で設定された信号
と、速度検出発電機７からの速度帰還信号が２２なる速
度調節器に入力し、この速度調節器２２の出力である電
流信号は絶対値回路召を経て２６なる電流調節器に入力
する。変流器２４で検出され、整流器２５で整流された
電流帰還信号も前述の電流調節器２６に入力し、この電
流調節器２６の出方信号で２７なる点弧角調整器が電源
側変換器１を制御して電動機４の回転速度を設定した値
に維持する◇３１なるコンパレータは速度検出発電機７
の信号をうけて電動機４の回転方向を判別するコンパレ
ータであり、３２なるコンパレータは速゛度調節器２２
の出力信号によシミ動機４のトルク方向すなわち電動機
が駆動運転かそれとも制動運転かを判別し、コンパレー
タ３３は電流が零であると、とを検出する。

これらのコンパレータ３１　、３２　、３３の出力はあ
なる切換指令回路に入力して、この切換指令回路あの出
力は前述のパルス切換器１３と電流調節器２６に人、力
するようになっている。

第２図は第１図で示される無整流子電動機の回路の場合
に、駆動→制動唖制動→駆動の切換え動作゛をするとき
のタイムチャートである。この第２図によって第１図で
示す回路の動作を説明する。

第２図の横軸は時間軸であって左から右へ時間が経過す
ることを示し、それにつれて運転モードが駆動→制動→
駆動と変化している。

第２図（イ）Ｌ速度調節器２２の出力である電流指令で
、駆動運転から制動運転になるとその極性が反転する。

第２図（ロ）はコンパレータ３２の出力であって上述の
速度調節器２２の出力の極性が一反転したことを検出し
ている。このコンパレータ３２ノ出力カ切換え指令回路
３４に入力し、この切換え指令回路３４はある時間幅の
パルスシフト指令を電流調節器あへ出力するが、この様
子が第２図（ハ）である。そしてこのパルスシフト指令
を受けて電流調節器２６は点弧角調整器２７に制御遅れ
角最大（以後はαｍａｘと記述する）になる信号を出方
するが、その状況が第２図に）に示される。

第３図は上述の電流調節器２６の構成を示すものであっ
て、切換え指令回路３４からのパルスシフト信号がでて
いる間は接点２８が閉となって点弧角調整器２７へＯＣ
ｍ　ａ　ｘ信号を出力する。

電源側変換器１に流れる電流を検出し、整流した後の電
流は第２図（ホ）に示されるが、パルスシフトにより電
流がほぼ零になったことをコンパレータ３３が検出する
と（第２図（へ）参照）、Ｔなる電流零確認時間の後に
切換え指令回路あから電流調節器２６へ出ていたパルス
シフト指令は解除されるが（第２図（ハ）参照）、それ
と同時に切換え指令回路３４からパルス切換器１３へ駆
動から制動への切換え指令が発信される（第２図（ト）
参照）。これにょシミ動機側変換器３への点弧パルスは
逆変換パルスから順変換パルスに切換ゎる。電流調節器
２６の出力信号は切換え指令回路３４がらのパルスシフ
ト指令が解除されると速度調節器２２からｐ信号により
て（Ｘｍ　ａ　ｘから変化をし、それにつれて電源側変
換器１の直流電圧が変化をし、電動機側変換器３の直流
電圧と平衡するようになったときＫやつと電流が流れは
じめる。っまシパルスシフトが解除されてから電流が流
れだすまで時間かがかっケいる（第２図（ホ）参照）。

以上の動作を要約すると、駆動運転から制動運転への切
換えは、電源側変換器１をパルスシフトすることによっ
て電流を遮断してから電動機側変換器３の点弧位相を切
換えた後に電源側変換器１のパルスシフトを解除して運
転を再開するようにしておシ、このような操作をするこ
とによって直流短絡事故を防止している。制動運転から
駆動運転への切換えも上述と同じ操作手順で行なわれる
。

このように従来から行なわれている駆動と制動の運転を
切換える方法では、αｍａｘへパルスシフトされていた
ものが、パルスシフト解除後に電流調節器２６の出力が
運転状態に見合った値になるまで略 にＮ間がかかるのが欠点である。それ故高速の制御応答
を必要とする場合には、従来の駆動・制動折換え方式が
適用できないことがある。とくに制動から駆動への切換
えのときはパルスシフト解除。後のαの変化量が駆動か
ら制動への切換えのときにくらべて大きいので、無電流
期間も長くなっている。

本発明は上述の欠点を改鍛して駆動運転から割ることを
目的とする。

本発明は電源側変換器の直流電圧が、パルスシフトを解
除した時に電動機側変換器の直流電圧に見合う値になる
ように電流調節器の出力を初期設定しておくことによシ
、パルスシフト解除後の無電流期間を大幅に短縮して上
記の目的を達成している。

第４図は本発明の一実施例を示す回路図である。

第１図において１は電源側変換器、２は直流リアクトル
、３は電動機側変換器であって、４は同期電動機、５は
この電動機の界磁である。６は磁極位置検出器、７は速
度検出発電機である。１１は洋変換パルス発生器、１２
は順変換パルス発生器であ、？　、　１３はパルス切換
器であ夛、これら符号を付したものの用途機能は第１図
のものと同じである。

速度設定器２１、速度調節器η、絶対値回路ｎ１変流器
ｕ１整流器５、点弧角調整器２７、回転方向を判別ｆ　
ルコンパレータ３１、トルク方向を判別するコンパレー
タ３２、電流零を検出するコンパレータお、切換え指令
回路あもその用途機能は第１図のものと同じである。４
０は制御角電圧発生器であって速度検出発電機７とコン
パレータ３２からの信号を受けて（資）なる初期値設定
器へ信号を出力する。

６０は電流調節器である。この制御角電圧発生器４０は
速度検出発電機７の信号を受けて電動機側変換器３の直
流電圧と、電源側゛変換器１の直流電圧が己衡するよう
になる電源側変換器１の位相制御信号を求める。初期値
設定器５０はパルスシフトが解除された瞬間の電流調節
器ωの出力を上記の制御角電圧発生器４０が設定した出
力電圧に初期設定させるだめのものでおυ、パルスシフ
トが解除され′ると電流調節器６０の出力はαｍａｘか
ら゛上記の初期設定値に瞬時に切換わる。

第４図に示されている制御角電圧発生器４０、初期値設
定器（資）、速度調節器印の回路構成の例を第５図に示
す。

第５図における制御角電圧発生器４０の動作原理は次の
通シである。電源電圧をＢｓ　、電動機電圧をＥＭ　＋
駆動運転時の電動機側変換器の制御進み角をβＭ、制動
運転時の電動機側変換器の制御遅れ角を（ＸＭとし、電
源側変換器の制御角をαＳとすると、Ｅｇ　ｃｏｓＣＸ
Ｂ中ＥＭＣＯ５βＭ・・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・・・・・・・（１）１８　Ｃｏ５ＱＳ名ＭＣＯ
５αＭ・・・・・・、・・・・・・・・・・・・・・・
・・・・（２）（１）式は駆動運転をしているときであ
り　、　（２）式は制動運転をしているときである。（
１）式と（２）式からαＳを求めると・・ （３）式は駆動運転時であ！Ｄ　、（４）式は制動運転
時である。

第５図において４１はｃｏｓβＭに相当する電圧を発生
する電源で、４２は−ｃｏｓαＭに相当する電圧を発生
する電源である。招なる接点は駆動運転時に閉、制動運
転時に開となる接点であシ、接点材はこれとは逆に駆動
時に開、駆動時に閉となるもので、この両接点はコンパ
レータ３２の出力で動作／する。

４５は関数！生器であり、速度検出値からＦｉＭ／　Ｅ
８を求める０４６は乗算器、４７は逆三角関数発生器で
ある。この結果制御角電圧発生器４０は上述の（３）式
または（４）式の演算を行ない、その結果として一αＳ
なる電圧を出力する。

さらに第５図において５１は加算増幅器、５２は増幅器
、５３はパルスシフト指令期間中のみ閉となる接点、６
１は比例積分増幅器、６２と６３は演算増幅器であシ、
６４と６５はパルスシフト指令期間中のみ動作する接点
である。第５図において制御角電圧発生器４０の出力信
号であるーαＳは電流調節器６０の構成要素である比例
積分増幅器６１の出力と共に初期値設定器５０の加算増
幅器５１に入力するが、初期値設定器５０はこの加算増
幅器５１と増幅器５２とによる高利得増幅器で構成され
でいるので、切換え指令回路３４か５パルスシフト指令
が入ると接点５３が閉となってこの初期値設定器５０の
出力が比例積分増幅器６１に入力されるので、この比例
積分増幅器６１の出力は−（Ｘｓなる電圧と絶対値が等
しくて極性が逆な電圧すなわちαＳなる電圧を出力する
。このとき比例積分増幅器６１の出力設定時間をなるべ
く短かくするためにこの増幅器６１の帰還抵抗器は接点
６４によってパルスシフト指令が出ている間は短絡され
る。この比例積分増幅器６１の出力電圧αＳは次段の演
算増幅器６２により符号が反転して−ｃＸｓと々るが、
パルスシフト指令期間中は接点６５が動作しているので
次段の演算増幅器６３へはこの−αＳなる電圧は入力せ
ずに、別途設定せるーαｍａｘなる電圧が入力してＣＸ
ｍａｘを点弧角調整器２７に出力しておシ、これによシ
ミ源側変換器１の電流は遮断されている。そしてパルス
シフト指令が解除されるとαＳなる電圧で初期設定され
ている比例積分増幅器６１の出力が演算増幅器６２を６
３を通って出力されるが、それと同時に接点５３が復帰
して初期値設定器５０の出力は断となる。

第６図は本発明の実施例である第４図で示す回路によシ
駆動運転と制動運転の切換えをしたときのタイムチャー
トであって、横軸は時間軸であって、圧力・ら右へ時間
が経過していることを示しており、それにつれて駆動→
制動→駆動と運転状態が切換わる１ときの各部の信号が
変化する状況を示している。第６図において（イ）は電
流指令である速度調節器２２の出力、（ロ）は駆動と制
動をトルクの方向から判別するコンパレータ３２の出力
、（ハ）は切換え指令回路３４から初期値設定回路５０
と電流調節器６０へのパルスシフト指令信号、に）は電
流調節器６０の出力、（ホ）は整流器５の出力である電
流信号、（へ）は電流零を検出するコン・くレーン３３
の出力で（ト）は切換え指令回路３４からノ（ルス切換
器１３へ駆動と、４８１１動を切換える指令であシ、Ｔ
は切換余裕時間でおる。

この第６図からもわかるように、本発明では）くルスシ
フト指令が解除されたときに、電源側変換器１のサイリ
スタの制御角αＳがちらｄ−しめ初期設定されているの
で、αｍａｘからαＳへ直ちに市１ｊ御角がシフトされ
るから無電流期間力；大幅に短縮されているのがわかる
。特に制動運転から駆動運転へ切換わるときは制御角の
シフト量力；犬である力為ら、本発明の効果は顕著であ
る。また制御角電圧発生器４０．初期値設定器５０．電
流調節器６０を組合わせて容易かつ低価格で本発明を実
現している。

なお第５図における４１なるｅＯ８βＭ相当の電圧を発
生する電源と、同じ＜４２なる一ＣＯ５ｃｘＭを発生す
る電源は、逆変換ノくルス発生器１１と順変換ノくルス
発生器１２の信号をうけ、三角関数発生器をイ吏用する
ことによｊ５　ｃｏｓβｙ１　、−　Ｃ０５０Ｍを得て
もよいことはもちろんである０ 第７図は本発明の別の実施例を示す回路図である。第４
図における制御角電圧発生器４０と初期値きるので更に
回路構成が簡単になシ、コスＬも低下する。すなわち電
動機側変換器が逆変換器として動作するときの制御進み
角βＭと１、順変換器として動作するときの制御遅れ角
αつがほぼ等しいことと、電源側変換器の制御遅れ価α
８か９０度のときの位相制御信号かびに対応しているこ
とと、駆動と制動の切換えのときに電動機４の速度変化
がｔｌとんどないことである。− 第７図において７１は比例積分増幅器、７２と７３は演
算増幅器であって、７４なる接点は切換え指令回路３４
の指令で切換わる接点であシ、７５なる接点はパルスシ
フト指令期間中動作している接点である。

第７　図にオいてパルスシフト指令が出ている間ハ接点
７５によシ比例積分増幅器７１の入力は断たれておシ、
点弧角調整器２７へはαｍａｘが出力している。。

パルスシフトが解除、されて切換え指令回路３４からの
指令で駆動と制動の指令が切換わると接点７４が動作し
て比例積分増幅器７１の帰還回路の方向が反転するので
、この電流調節器７０の出力は、パルスシフト直前の値
と逆の極性で同じ値に初期設定されることになυ、簡単
な回路で駆動と制動の切換第１図は駆動と制動力へ可能
な従来の無整流子電動機の回路図でちり、第２図は第１
図の回路によるタイムチャート、第３図は従来の電流調
節器構成図である。第４因は本発明の実施例を示す回路
図でち如、第５図は第４図の回路の部分のイ」部を示す
構成図、第６図は本発明の実施例によるタイムチャート
、第７図は本発明の別の実施例を示すもので回路の部分
の細部を示、す構成図でちる。

１・・・電源側変換器、２・・・直流リアクトル、３・
・電動機側変換器、４・・同期電動機、６・・・磁極位
置検出器、・７・・・速度検出発電機、１１・・・逆変
換パルス発生器、１２・・順変換パルス発生器、１３・
・・パルス切換器、２６・・・電流調節器、２７・・・
点弧角調整器、”３１’Ｊ　。

３２　、３３・・・コンパレータ、３４・・・切換え指
令回路、４０・・制御角電圧発生器、４１・・・ｃｏｓ
βつ発生電源、４２・・・−ｃ０８（ＸＭ発生電源、４
３　、４４・・・接点、柘・・・関数発生器、４６・・
−乗算器、４７・・逆三角関数発生器、５０・・・初期
値設定器、５１・・・加算増幅器、５２・・・増幅器、
５３・接点、（イ）・・・電流調節器、６１・・・比例
−分増幅器、６２．６３・・・演算増幅器、６４　、６
５・・接点、７０・・・電流調節器、７１・・比例積分
増幅器、７２　、７３・・演算増幅器、７４　、７５・
・・接点。

第１図 ＋＋１ｉへ ！　　　　９　　　↓　　ε　　　　三　　　ｌ　　三
、、７４　　．７２　７５　．７０ 〈 第７図　　　　　　Ｚ’／″″ 第４図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）交流電源に接続される電源側変換器と、該電源側変
   換器の直流側端子に直流リアクトルを介して接続される
   電動機側変換器と、該電動機側変換器の交流側端子に接
   続される同期電動機でなる無整流子電動機を運転中に電
   源側変換器の運転を一時中断し、電動機側変換器の電力
   方向を逆転させた後に電源側変換器の運転を再開するも
   のにおいて、電源側変換器の運転を再開するときに、該
   電源側変換器の直流電圧は電動機側変換器の直流電□　
   圧と平衡する電圧を発生しているように電源側変換器を
   制御する手段を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項記載の制御装置は電動機の回
   転速度と電動機側変換器の制御量から該電動機側変換器
   の直流電圧と平衡する直流電圧を電源側変換器で発生さ
   せるに必要な制御量を演算する手段と、電源側変換器運
   転再開と同時に前記演イされた制御量を電源側変換器に
   一時的に与える手段を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。