JPS5917631B2 - 交流電動機を制御する方法および装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明は特願昭５４−４２６３０号（特開昭５４−１
４８２１８号）に記載されている制御形電流インバータ
及び電動機制御装置に関連する。

この発明は全体的に電力変換装置、更に具体的に云えば
、略一定の滑り様式の時だけでなく、予定の速度を越え
た時に磁束を減らした電圧制限様式でも、交流電動機負
荷のトルクを制御する装置に関する。従来、広い速度範
囲にわたつて運転したい場合、直流電動機が使かれて来
た。

最近になると、可変速度の１駆動用に交流電動機が次第
に使われる様になつた。これは主に例えば交流誘導電動
機が固有の性質として頑丈であり、その結果ブラシがな
い為に、保守の問題が軽減される為であり、この為、交
流電動機は或る用途に特に適している。然し、交流電動
機を使う場合、特に電動機が変換装置（交流から直流へ
の変換装置）から直流電流が供給される可変周波数イン
バータ（直流から交流へのインバータ）から電力を供給
される時、或る問題がある。例えば変換装置とインバー
タの回路が、ブリツジ回路形式に接続された位相制御の
サイリスタで構成される場合、前に導電していたサイリ
スタから新しく点弧したサイリスタへ電流の切換えが行
われる時間の間に存在する転流の遅延を考慮しなければ
ならない。

通常、この重なりは電気角で１０乃至３００である。高
速の誘導電動機の様な交流電動機に給電する時、新しい
サイリスタの点弧とそのサイリスタが接続されている電
動機の相への電流の切換えとの間には、電気角で１２０
０もか＼ることがある。その為、予め設定されたスケジ
ユールによつてサイリスタを点弧する開放ループ方式を
使うことは、所望の形式の動作にとつて特に使うことが
出来ず、その代りに、例えばサイリスタが空隙磁束と電
動機電流との間のその時時の角度θ（普通空隙力率と呼
ばれる）の関数として点弧される閉ループ方式の方が、
一層望ましい動作様式である。前掲特願昭５４−４２６
３０号には、誘動電動機の様な交流負荷に可変の大きさ
並びに可変の周波数を持つ交流電流を供給する制御形電
流インバータ装置が記載されている。

このインバータ装置は可変の直流電源を用い、これが可
変周波数インバータに、好ましくはインダクタを含む直
流リンクを介して接続される（こ＼で、本明細書で用い
る「リンク」又は「リンク回路」とは、交流から直流へ
の変換装置のような直流電源の直流出力をインバータの
入力に接続するための電力線からなる電力回路を意味す
る）。交流電動機の瞬時的な電気的なトルクＴ並びに瞬
時的な空隙力率を表わす信号を発生する手段が設けられ
る。電気的なトルク信号及び角度信号を用いて、リンク
の直流電流を制御すると共に電動機磁束に対するインバ
ータの点弧角を制御して、所定の動作範囲にわたつて角
度θが略一定に制御され保たれる様にする。従つて、こ
の発明の目的は、特に交流電動機の運転に用いた場合の
改良された電力変換装置を提供することである。別の目
的は、動作範囲の広い改良された交流電動機制御及び駆
動装置を提供することである。

別の目的は、或る速度を越えた所で一定馬力で動作し得
る改良された電動機制御及び１駆動装置を提供すること
である〇上記並びにその他の目的が、交流から直流への
変換装置及び直流から交流への可変周波数インバータを
含む交流電動機５駆動装置を提供することによつて達成
される。

インバータも変換装置も閉ループ帰還装置によつて制御
される。この帰還装置は、変換装置を制御するトルク制
御信号とインバータを制御する角度θ制御信号とを持つ
ている〇この帰還装置が、負荷並びに速度の出来るだけ
広い範囲にわたつて角度θを略一定に保ち、その後利用
出来る電圧及び電流の限界の範囲内でトルクを最大にす
る為に、角度θ信号を変えて略一定馬力出力を発生する
運転様式へ自動的に切換える手段を含む。この様式の切
換えは、臨界点（ＣＯｒｎｅｒｐＯｉｎｔ）速度より高
い速度を希望する時に行われる。

「臨界点」速度とは、一杯の（最大）トルクの時の電動
機電圧が、可変周波数インバータが電動機に供給し得る
最大電圧に釣合う時の速度と定義する。臨界点速度より
高い速度での運転を実現する為、電動機電流信号をトル
ク制御ループの帰還信号として使う。磁束プログラム発
生器を可変クランプによつて変更する。このクランプの
レベルは電動機速度の関数である。更に、臨界点速度よ
り高い速度では、角度θ指令信号を変更して、一定馬力
角度バイアス回路からの出力により、該信号を略一定の
大きさから可変に増加する。この発明は特許請求の範囲
に具体的に且つ明確に記載してあるが、この発明自体は
以下図面について説明する所から更によく理解されよう
。

第１図には、この発明の現在好ましいと考えられる実施
例が示されている。装置は、適当な制御手段１６によつ
て制御される交流から直流への変換装置１４で構成され
た可変直流電流源１２を含む。電力線３４，３６からな
り且つインダクタ１８を含む直流リンク回路を介して直
流源１２から電流ＤＣが供給される。このインダクタが
直流源からの直流電流を平滑する様に作用する。インダ
クタが、制御手段２４によつて制御される直流から交流
へのインバータ回路で構成された可変周波数交流源２０
に結合される。インバータ回路の出力が第１図には電動
機２６として示した負荷に供給される。好ましい形の直
流源１２は複数の枝路を持つ位相制御形ブリツジ、例え
ばサイリスタ６個のブリツジであり、その入力が線路Ｌ
，，Ｌ２，Ｌ３に接続された３相交流源に接続されてい
る。

制御手段１６は、線路電圧と同期していて、信号線３２
に印加された入力信号の制御によつて、線３４，３６の
間に現われる直流電圧を変える様な公知の形式のものに
することが出来る。回路の節３８に現われるインバータ
の入力電圧Ｉからの帰還通路が淵波器４０及び加算点４
２を介して直流源１２に結合される。

回路の導線３２に現われる信号は利得が１の正帰還であ
る。差し当つて加算点４２の他のあらゆる入力を無視す
ると、この帰還によつて、変換装置１４の出力電圧は、
インバータ２２に反映する電圧、即ちＶｌと釣合う。イ
ンダクタ１８の前後に直流電圧がない時、インダクタは
、ＶＩによつて設定された任意の電圧レベルで一定の電
流を保つ傾向がある。然し、入力線４４によつて加算点
４２に２番目の信号が送込まれると、その結果、この２
番目の信号に比例して、インダクタ１８の両端の電圧が
変化する。この為、入力線４４の信号に比例した電流１
ＤＣの変化率がインダクタ１８に生ずる。この為、淵波
器４０を介しての正帰還信号は、直流電圧源１４を、入
力４４に現われる入力信号に応答して直流電流源に変換
する様に作用する。第１図に示す様に、入力４４は増幅
器４６の出力であるが、この増幅器については後で説明
する。インバータ２２の回路も、前に述べたサイリスタ
６個のブリツジ形インバータで構成することが好ましい
。このインバータは強制転流を行う為に必要なダイオー
ド及びコンデンサを含んでいる。前に述べた様に、イン
バータ２２の動作周波数が制御手段２４によつて制御さ
れる。周知の方式は、電圧制御形発振器がリング計数器
に信号を送り、この計数器の出力信号を使つて、ブリツ
ジのサイリスタの点弧を開始することである。この形式
の制御では、回路の導線４８に現われる入力信号の大き
さがインバータの出力周波数を制御する様になつている
。電動機２６は交流電動機、好ましくは交流誘導電動機
である。

電動機の瞬時的な空隙力率角度θは、第２図に示す様に
、電流ｄによつて発生された電動機磁束と電動機電流１
１Ｔ１との間の角度として定義するが、周知の様に、イ
ンバータの出力周波数を変えることによつて、この角度
を変えることが出来る。これは、電動機の逆起電力の周
波数とインバータ電流の周波数との間に差があれば、そ
れは磁束に対する電流の位相角の変化率となつて現われ
るからである。この発明の全体的な制御作用では、主に
４つの信号が使われる。

即ち、空隙磁束Ｆに比例する信号、角度θ、電動機電流
１の絶対値、及び実際ｍの電動機速度Ｎである。

３つの信号Ｗ，θ及びＩｒｎは、電動機の動作パラメー
タに応答して適当な計算によつて導き出され、第１図で
はプロツク５０により発生される。

第１図のプロツク５０の具体的な回路は、例えば米国特
許第４０８８９３碍に記載されるものにすることが出来
る。この米国特許では、プロツク５０が信号ｒ及びθだ
けでなく、トルクＴを表わす信号をも発生する。

更に、電動機電流１ＪＴ］を表わす信号が、インバータ
２２を電動機２６に接続する線に付設された３つの電流
感知装置５２によつて発生され、プロツク５０に供給さ
れる。電動機磁束に比例する信号が、電動機に付設され
た１対の磁束コイル５４から取出される。第１図に示す
場合、プロツク５０は信号？Ｆ，Ｔ及びθの他に、電動
機電流１１ｎの絶対値に比例する信号である信号１１ｒ
ｒ１Ｉを発生する。この信号は、３つの電流感知装置５
２から取出した信号を整流して、個々の値を組合せたも
の＼絶対値を表わす。この信号が信号線５６を介して加
算点５８に結合される。加算点５８については後で更に
詳しく説明する。タコメータ６０が破線６２で示す様に
、電動機２６に機械的に結合され、電動機速度を表わす
信号Ｎを発生する手段として作用する。

タコメータ６０は、電動機の実際の速度に比例する定常
状態出力電圧信号を発生するものであれば、周知の任意
の形式の装置であつてよい〇特願昭５４−４２６３０号
には、交流電動機の所望の瞬時的な電気的なトルク、並
びに空隙磁束と電動機電流の間の所望の瞬時的な角度θ
を表わす信号を発生する装置が記載されている０トルク
基準信号を設定することにより、適当な誤差信号が発生
される。

第１の誤差信号はリンクの直流電流を制御する様に作用
し、第２の誤差信号は電動機磁束に対してインバータの
点弧角を制御して、電動機の空隙力率が制御される様に
する。この発明では、トルク及び角度誤差信号を夫々信
号線３２，４８に印加する。この発明は幾つかの点で、
主に空隙力率角度θ及び磁束Ｆを制御する方法に於て、
特願昭５４−４２６３０号と異なる。これは第４図乃至
第６図を参照すればよく説明することが出来る。特願昭
５４−４２６３０号に記載されている装置では、ゼロ・
トルクの近くを除く装置の動作範囲全体にわたつて、第
２図に示す様な一定の角度θを保つ。

この為、第３Ａ図及び第３Ｂ図に示す様に、装置内で磁
束Ｗ及び角度θの特性が発生される。この様な動作特性
は、電動機の或る動作速度では許容し得るものであるが
、他の速度の時は固有の制約がある。臨界点速度Ｃを、
一杯（最大）のトルクの時の電動機電圧が可変周波数電
源の最大電圧限界に見合う時の速度と定義すると、第４
図を見れば、従来技術とこの発明によつて達成された改
良された性能の両方が判る。

第４図を見ると領域１は、装置の動作が可能な領域であ
り、領域は、縦軸の１．０という値が電源の正規化最大
電圧を表わすから、装置の動作が不可能な領域を表わす
。第４図に示す実線の曲線は、臨界点速度Ｃに関連した
種種の一定の速度に対する一定の角度θＫを表わす一組
の曲線を示している。Ｏから１．０Ｃまでの範囲の速度
では、曲線６４，６５，６６，６８で示す様に、正規化
した値１．０で示す最大トルクを送出すことが出来る。
臨界点速度を越える速度で運転する時の曲線７０，７２
，７４，７６，７８は、送出すことが出来る最大トルク
が、夫々一定角度曲線θＫが電源の正規化電圧限界と交
差する点によつて制限されることを示している。この為
、従来の形式の装置では、送出すことの出来る出力トル
クは、臨界点Ｃを越えた速度では急速に低下する。然し
、この発明は、臨界点より高い速度の時、変更角度指令
様式に切換えることにより、臨界点速度Ｃを越える速度
で、送出すことの出来るトルクを最適にする手段を提供
する。この為、第５Ａ図及び第５Ｂ図に示す様に、磁束
及び角度θ特性を変更する。第５Ａ図で、例えば曲線の
部分Ｂ，ｃ，ｄ，ｅは前述の従来の装置で使われる磁束
プログラムに対応する。

このプログラムは、０乃至１．０Ｃの速度範囲内の動作
速度の場合に望ましい。然し、１．０Ｃを越える速度で
は、磁束Ｆ．ａｘより小さい予定の値にクランプする。
例えば、速度１．３３Ｃを希望する場合、磁束曲線部分
Ｂ，ｃ，ｄ及びｆで構成される磁束プログラムを使うが
、２．０Ｃの動作速度では、部分ｂ及びｈで構成される
磁束曲線を使う。部分子及びｈは夫々クランプされるレ
ベルを示す。第５Ｂ図の角度θ特性は、第５Ａ図の磁束
プログラムと一緒にみるべきものであるが、この角度θ
特性を考えると、曲線部分ｍ及びｎが、０乃至１．０Ｃ
の速度範囲に対する一定角度θＫの動作様式を定めるこ
とが判る。

これは第３Ｂ図の曲線にも対応する。臨界点速度Ｃを越
える速度、例えば１．３３Ｃの速度では、所望の角度プ
ログラムは曲線部分Ｍ，ｎ及びｏで構成されるが、動作
速度が２．０Ｃの時、所望の角度プログラムは曲線部分
ｍ及びｑで構成される。部分０，ｐ及びｐは可変角度θ
を必要とする。第５Ａ図及び第５Ｂ図に示す曲線によつ
て特徴づけられた磁束及び角度プログラムは磁束を少な
くした電圧制限様式で、臨界点速度Ｃを越えた所で一定
馬力出力の電動機動作が出来る様になつている。これは
第５Ａ図から明らかである。第６図は、一定滑り動作様
式（θＫ）では、速度が臨界点より低い時、トルクの各
々の値に対し磁束の特定の値が関連していることを示し
ている。

更に第６図は、トルクが最大値より小さい時、この動作
様式は臨界点速度より高い所まで延長することが出来る
ことを示している。可変角度θへの動作の切換えは、一
定角度動作に於ける所定のトルク・レベルに関連した磁
束レベルが、その速度で許容し得る最大磁束と交差する
点の速度で起るＯ第１図には、一定滑り（一定角度）動
作と一定馬力可変滑り（可変角度）動作とを組合せ、負
荷並びに速度の両方の関数として、その間の切換えが行
われる可変周波数交流電動機駆動装置を動作させる所望
の特性を実現する為の現在好ましいと考えられる手段を
プロツク図で示している。

この発明の基本的な制御作用は、トルク基準信号を設定
することから始まる。図示例では、トルク基準信号が速
度調整回路７９によつて発生される。この回路で、オペ
レータが設定し得るレオスタツト８０の様な手段によつ
て、速度指令信号が設定される。このレオスタツトから
所望の電動機速度に比例する信号が回路導線８２に発生
される０タコメータ６０からの実際の電動機速度Ｎが加
算点８４で速度基準信号と組合され、加算点８４の出力
は、所望の電動機速度及び実際の電動機速度の間の差に
比例する信号になる。この差信号が回路導線８７を介し
て適当な増幅器８６に印加される〇この増幅器は、速度
調整に適切な伝達関数Ｇ１を時つている。普通、この伝
運関数は積分形であつて、例えば次の式で表わすことが
出来る。ｊ こ＼でＫは定数であり、ｔは時定数、Ｓはラプラース変
換演算子である。

増幅器８６の出力はト ニルク基準信号Ｔ＊と呼ぶ信号
であり、これは所望のトルクに比例する信号である。ト
ルク基準信号Ｔ＊が一定振幅クランプ回路８９に送られ
、この回路はトルク指令を、電動機並びに電力変換装置
の設計で考慮した最大トルクに制限する様に作用し得る
。最大トルク指令は、１．０の正規化トルク指令に対応
するＴ息、と定義する。前に述べた様に、直流電流源１
２の目的は、所望のトルクに従つて大きさが変化する直
流電流ＩＤＣを供給することであり、従つてトルク制御
チヤンネルを最初に考える。

この発明は順方向及び逆方向のいずれの電動機動作も考
えており、いずれの場合も、回路の節８８に於けるトル
ク基準信号Ｔ＊はいずれの極性をも持つことがあり得る
から、トルク基準信号Ｔ＊が最初に絶対値回路９０に印
加される。その出力が回路導線９２に現われ、前に述べ
た加算点５８に対する一方の入力となる〇この加算点に
は、電動機電流の絶対値１１ｒｒ１１も印加される０差
し当つてこの加算点５８に対する３番目の入力を無視す
ると、回路導線６０に現われる出力は、トルク基準信号
Ｔ＊と電流１１ｒｒ１１との間の差に比例する信号であ
り、電流誤差信号となる。これが増幅器４６を介して加
算点４２に送られる。前に述べた様に、淵波器４０を介
して加算点４２に帰還される帰還信号ＶＩにより電流Ｄ
Ｃ）が、加算点４２の入力、従つて回路導線３４に現わ
れる信号に従つて制御される。

第２図では、トルクを発生する電流１ｑがＩｒｎＳｉｎ
θに等しいことが示されているが、この図から判る様に
、電動機電流を増加すると、トルクが増加するので、回
路導線３２を介して加算点４２から制御回路１６に印加
される電流誤差信号により、トルクの誤差を補正する。
次にいずれの動作様式でも、インバータ２２の周波数を
制御する為に使われる空隙力率角度θを制御する信号チ
ヤンネルを説明する〇第１図の左下部分で、参照数字９
４は制限器回路を示す０これは、回路の節８８から回路
導線９６を介して結合されたトルク基準信号Ｔ＊の極性
に従つて、大きさは一定であるが極性が変わる出力信号
を発生する様に実質的に作用する。

制限回路９４はθＫに対応する角度基準信号で構成され
た出力を発生し、これが掛算器９８に印加される。この
入力は第５Ｂ図に示した曲線部分ｍ及びｎに対応する。
更に、一定馬力角度θバイアス回路１００（第９図）も
設けて、臨界点Ｃより高い動作速度に対し、角度θを変
える。このθバイアス信号は、第５Ｂ図に示したθに特
有な曲線部分０，ｐ及びｑを実現する様になつている。
回路導線１０２に現われるこの出力が回路の加算点１０
４を介して掛算器９８に結合される。差し当つて加算器
１０４に対する他の入力を無視すると、掛算器９８の出
力は、第５Ｂ図に示した特性に対応する複合信号で構成
されることが判る。角度バイアス回路１００が３つの人
力信号、即ちトルク基準信号Ｔ＊と、電動機速度信号Ｎ
と、臨界点速度信号Ｃ及び最大可能トルク基準信号Ｔ志
、の和に比例する一定の信号Ｙとを受取る。掛算器９８
の出力が加算点１０６の一方の入力に印加され、その他
方の入力が、プロツタ５０から回路導線１０８に現われ
る角度信号θに結合されている。

これら２つの信号が周波数誤差信号を形成し、それが最
適な増幅器１１０を介して別の加算点１１２に印加され
る。この加算点には、回路導線１１４を介して、電動機
速度信号Ｎに結合された第２の入力も印加される。加算
点１１２の出力は、周波数指令信号を構成し、それが制
御回路２４に印加され、特願昭５４−４２６３０号に記
載されている様に、変換装置の回路２２の周波数出力を
制御する。前述の回路によつて実現されるトルク特性に
ついて、トルク基準信号Ｔ＊がゼロであれば、θＫプロ
グラム発生器９４及び一定馬力角度バイアス回路１００
からの角度基準信号がゼロになることに注意されたい。

これは、電動機の無負荷状態を構成しており、この時、
力率はゼロにしかならならないので、角度θもゼロにな
る他はない。従つて、以上述べた所から、角度θ制御ル
ープは、本質的に、角度誤差を感知して周波数、従つて
電動機の空隙力率を制御する位相固定ループである。こ
れまでの説明から、電動機電流１１１１及び角度θを予
定のプログラムに従つて制御することにより、電動機内
の磁束並びにトルクの両方の精密な制御が保たれること
が判る。然し、この精密な制御が達成されるのは、電動
機の特性が非常に一定していて直線的で、正確に判つて
おり、角度θを非常に正確に計算出来る場合だけである
ことに注意されたい。この様な直線的な特性は存在しな
いから、この発明は制御作用に対する付加的なパラメー
タをも用いる。これは電動機磁束Ｆの値である。このパ
ラメータを使つて、電動機磁束が各々のトルク・レベル
に対して適正な値になる様に保証する為に、トルク制御
信号及び周波数制御信号の両方を変更する低利得調整信
号を発生する。３番目のパラメータの必要性を十分理解
される様に、こ＼で第３Ａ図及び第３Ｂ図について説明
するのがよいと思われる。

例えば第３Ａ図には、一定角度θＫ動作に於けるトルク
の関数として、磁束の抛物線特性が示されている。然し
、第５Ａ図を見れば、この抛物線特性が望ましいのは、
動作速度がＯ乃至１．０Ｃの速度の場合だけであり、臨
界点速度Ｃを越える速度では、磁束が、第５Ａ図の曲線
部分子，ｇ及びｈによつて特徴づけられる様な一層減少
した一定の値に制限されることが判る。第１図に示す好
ましい実施例では、所望の磁束プログラムが磁束プログ
ラム信号発生回路１１６によつて実現される。これは例
えば、回路の節８８の信号がゼロであつても、出力が或
る有限の値を持つ様な片寄りを持つ、簡単な、大きさを
制御した絶対値回路で構成される。更に、第７図に示す
回路の様に構成された可変クランプ回路１１８を信号発
生回路１１６に結合する。可変クランプ回路１１８が回
路導線８３に現われる電動機速度Ｎと、臨界点速度Ｃに
予定の定数Ｋを乗じた値に対応する信号Ｘ（即ちＫＣ）
に対応する２つの入力を受取る。可変クランプ回路１１
８は、信号発生回路１１６に印加された時、第５Ａ図に
示す曲線部分子，ｇ及びｈを実現する効果を持つ。この
時磁束基準信号で構成される磁束プログラム信号発生回
路１１６の出力が、加算点１２０の一方の入力に印加さ
れる。他方の入力は回路導線１２２を介してプロツク５
０から印加される信号Ｆである。信号Ｗは、前に述べた
様に、電動機空隙磁束の瞬時値に比例する大きさを持つ
ている〇加算点１２０の出力は磁束誤差信号を構成し、
回路導線１２４に現われる。磁束誤差信号が、回路の節
１２８に入力を結合した適当な増幅器１２６を介して、
正の符号で加算点５８に印加される〇トルク制御信号チ
ヤンネルにこの様に正の符号で加算されることは、瞬時
的な磁束が所望の値より小さい場合、加算点５８に結合
された磁束誤差信号が、インバータ２２に供給される電
流を増加させる様にするという効果を持つ。逆に、磁束
が所望の値より大きければ、一層小さい電流がインバー
タに供給される様になる。回路の節１２８に現われる磁
束誤差信号が、制限器回路１３０及び増幅器１３２を介
して加算点１０４にも結合され、磁束誤差信号がゼロの
場合、加算点１０４に１の値が印加される様になつてい
る。この接続により、実際の磁束が磁束プログラムより
小さい時、角度θを減小させる〇第１図に示した回路の
全体的な効果は、電動機電圧がその限界に達するまで、
即ち磁束がクランプ・レベルに達するまで、角度θを変
えずに、一杯のトルクより小さいトルクで、臨界点速度
を通越す様に動作させることが出来ることである。

この速度並びにトルクを越えると、角度θを変えること
により、別の動作範囲が得られる。これは、第１図に示
した装置によつて自動的に行われる。一定角度の制御を
保ち、負荷及び速度範囲の出来るだけ広い範囲にわたつ
て、磁束が負荷と共に上昇する様にすると共に、その後
一定馬力出力を保ちながら、変更した可変角度制御への
様式の切換えが行われる。これは、Ｔ息、の時の電動機
の特性を示した第６図のグラフによつて表わされている
〇第７図には、第１図に示した磁束可変クランプ回路１
１８の実施例が示されている。

図示の様に、入力端子１３４，１３６には、電動機速度
Ｎ及びＸ（臨界点速度Ｃに予定の定数Ｋを乗じたもの）
に対応する信号が結合されている。信号Ｎは、回 ！路
導線８３を介してタコメータ６０から入力端子に結合さ
れている。信号Ｘは一定の大きさであるから、そのアナ
ログ信号は、例えば電圧源ゃの両端に結合した簡単な一
定の分圧回路３５によつて発生される。入力端子１３４
が整流手段１３１に結合され、この整流手段は、Ｎの絶
対値、即ち、ＩＮｌに対応する出力を発生する。整流手
段１３８の出力には固定抵抗１４０が結合され、これが
別の固定抵抗１４４と共に、回路の節１４２に結合され
る。抵抗１４４は入力端子１３６に結合される。抵抗１
４４は入力端子１３６に結合される。回路の節１４２が
演算増幅器１４６の反転人力に結合され、出力側の節１
５２から入力側の節１４２へ、ツエナ・ダイオード１４
８及び固定抵抗１５０の並列の組合せが結合されている
。出力結合ダイオード１５４が回路を第１図に示した磁
束プログラム信号発生器１１６に接続する様になつてい
る。第７図に示す回路は、第８図に示す様な伝達特性を
持つ。この図で、曲り目１５５はツエナ・ダイオード１
４８の降伏電圧に対応し、装置の臨界点速度Ｃの値に対
応する。更にこの回路は、抵抗１５０が曲り目１５５を
通越した時の出力特性の勾配を制御する様に作用するこ
とが出来、双曲線関数１／Ｎを発生する様に選択するの
が理想的である。この双曲線は、限られた範囲の直線に
よつて近似することが出来るが、広い速度範囲に対して
は、双曲線に似る様に、抵抗１５０の代りに非直線帰還
素子を使うことが出来る。この為、双曲線に対して直線
形モデルを使つた場合、回路１１８の出力レベルは、臨
界点速度Ｃまでは一定であり、その後理想的な双曲線に
近似する一定の勾配で立下がる。前に述べた様に、これ
は、速度が臨界点速度を越えて上昇する時、磁束Ｗの値
をｖ冨Ａｘに対して減少した値にクランプする効果を持
つ。第９図には、第１図に示した一定鳴力角度θバイア
ス回路１００の実施例が示されている。

３つの入力端子１５６，１５８，１６０が、電動機速度
信号Ｎ、トルク基準信号Ｔ＊及び定数信号Ｙ−ノＣ＋Ｔ
ＩｎｔａＸを夫々受取る様になつている。

Ｙの一定値に対応するアナログ信号は、一定電圧源ャの
両端に結合した分圧回路１６１によつて得られる。入力
端子１５６が整流手段１６２に接続され、これが負の符
号を持つ電動機速度の絶対値、即ち−ＩＮｌを出力とし
て発生する。これが固定抵抗１６６を介して回路の節１
６４に結合される。入力端子１５８が整流手段１６８に
接続され、この整流手段は、負の符号を持つトルク基準
信号の絶対値、即ち、−１Ｔ＊ｌを出力として発生する
〇この信号が固定抵抗１７０を介して回路の節１６４に
結合される。最後に、入力端子１６０が固定抵抗１７２
に結合され、この固定抵抗が回路の節１６４に結合され
る。回路の節１６４は演算増幅器の反転入力に結合され
、その出力がダイオード１７６に結合される。このダイ
オードが回路の節１７８に接続され、この節が帰還抵抗
１８０に接続される。帰還抵抗の反対側は演算増幅器１
７４の反転入力に接続される。抵抗１６６，１７０，１
７２の数値を等しく選んで、Ｔ息、がＣに等しくなる様
な倍率にすることが出来る０定数信号Ｙ＝Ｃ＋Ｔｎｌａ
ｘは、トルク指令が増大した時、臨界点速度Ｃより高い
速度でダイオード１７６が導電する様に選ばれており、
この為、第１０図に示す様な伝達関数を実現する様にな
つている。帰還抵抗１８０が回路の利得を決定し、これ
はＴ志、の時の磁束が、各々の速度でクランプ回路１１
６によつて設定された限界の値と同じになる様にする角
度θを指令する様に、電動機のパラメータに従つて選択
される。以上説明し且つ図示したのは、トルク並びに速
度の両方の関数として、閉ループ制御装置に印加される
最適磁束及び角度指令をプログラムする手段であり、こ
れによつて一定滑り動作様式を一定馬力動作様式と組合
せ、こうして任意の速度で、電源の電圧並びに電流の制
約の範囲内で発生し得る最大トルクを送出することが出
来る様にする〇

【図面の簡単な説明】

器１図はこの発明の好ましい実施例のプロツク図、第２
図はこの発明の動作を説明する為の線図、第３Ａ図及び
第３Ｂ図は従来の装置の動作特性を表わす特性曲線のグ
ラフを示す図、第４図はこの発明の動作を説明する為の
グラフを示す図、第５Ａ図及び第５Ｂ図はこの発明によ
つて達成される動作特性を表わす特性曲線のグラフを示
す図、第６図はこの発明の動作を説明する為のグラフを
示す図、第７図は可変レベル磁束クランプを実現する回
路の回路図、第８図は第７図に示した回路の伝達関数を
表わすグラフを示す図、第９図は一定馬力角度バイアス
信号を発生する回路の回路図、第１０図は第９図に示し
た回路の伝達関数を表わすグラフを示す図である。 主な符号の説明、１２・・・・・・直流電流源、２０・
・・・・・可変周波数電流源、２６・・・・・・交流電
動機、５０・・・・・・磁束、角度及びトルク計算プロ
ツク、４０・・・・・・淵波器、４６，１１０，１２６
，１３２・・・・・・増幅器、５２・・・・・・電流感
知装置、６０・・・・・・タコメータ、７９・・・・・
・速度調整器回路、８９・・・・・・一定振幅クランプ
回路、９０・・・・・・絶対値回路、９４・・・・・・
制限器回路、９８・・・・・・掛算器、１００・・・・
・・一定馬力角度θバイアス回路、１１６・・・・・・
磁束プログラム信号発生回路、１１８・・・・・・可変
クランプ回路、１３０・・・・・・制限器回路、４２，
５８，１０４，１０６，１１２，１２０・・・・・・加
算点。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 固定子並びに空隙によつて該固定子から隔てられた
   回転子を持つていて、前記空隙に、被制御電源からの大
   きさ並びに周波数が可変の電動機電流が供給されたこと
   に応答して磁束が発生される交流電動機を、トルク指令
   及び電動機速度の両方の関数として制御する装置に於て
   、電動機について、瞬時的な電動機電流、並びに空隙磁
   束と電動機電流の間の瞬時的な角度を決定して、それら
   に比例する信号を発生する手段と、電気的なトルクの所
   望のレベルに比例するトルク基準信号を設定する手段と
   、前記トルク基準信号を前記電動機電流に比例する信号
   と比較して、その間に差がある場合、その差を表わす第
   １の誤差信号を発生し、該第１の誤差信号が前記被制御
   電源から供給される電動機電流の大きさを変えるように
   該第１の誤差信号を前記被制御電源に結合する手段と、
   電動機速度及び前記トルク基準信号に応答して、第１及
   び第２の動作様式で、空隙磁束及び電動機電流の間の所
   望の角度を表わす角度基準信号を導き出す手段とを有し
   、前記第１の動作様式は前記角度基準信号が略一定の角
   度の値であつて、予定の基準速度より低い速度の場合で
   あり、前記第２の動作様式は前記角度基準信号が可変の
   角度の値を持つていて、前記予定の基準速度より高い速
   度の場合であり、更に、前記角度基準信号を、空隙磁束
   及び電動機電流の間の瞬時的な角度に比例する前記信号
   と比較して、その間の差を表わす第２の誤差信号を発生
   する手段を有し、該第２の誤差信号が前記被制御電源に
   結合されて、該電源から供給される電動機電流の周波数
   を変える様にした交流電動機を制御する装置。 ２ 特許請求の範囲第１に記載した交流電動機を制御す
   る装置に於て、更に、電動機について瞬時的な空隙磁束
   を測定して、それに比例する信号を発生する手段と、前
   記トルク基準信号に応答して、前記第１の動作様式の間
   、所望の空隙磁束に比例する非クランプ磁束基準信号を
   発生すると共に、前記第２の動作様式の間、電動機速度
   の関数としてクランプ・レベルが決まる様な、所望の空
   隙磁束に比例するクランプつき磁束基準信号を発生する
   手段と、非クランプ及びクランプつさ磁束基準信号を瞬
   時的な空隙磁束に比例する前記信号と比較して、その間
   に差がある場合、その差を表わす磁束誤差信号を発生す
   る手段と、角度基準信号を瞬時的な角度に比例する信号
   と比較する前記手段に結合されていて、磁束誤差信号に
   応答して、該磁束誤差信号の関数として該角度基準信号
   を変更する手段とを有する交流電動機を制御する装置。 ３ 特許請求の範囲２に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、トルク基準信号を電動機電流に比例する信
   号と比較する前記手段に結合されていて、磁束誤差信号
   に応答して、該磁束誤差信号の関数として前記トルク基
   準信号の値を変更する手段を有する交流電動機を制御す
   る装置。 ４ 特許請求の範囲１に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、前記予定の基準速度が電動機の臨界点速度
   である交流電動機を制御する装置。 ５ 特許請求の範囲４に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、更に、電動機について瞬時的な空隙磁束を
   測定して、それに比例する信号を発生する手段と、前記
   トルク基準信号に応答して前記第１の動作様式の間、所
   望の空隙磁束に比例する非クランプ磁束基準信号を発生
   すると共に、前記第２の動作様式の間、クランプ・レベ
   ルが前記電動機の前記臨界点速度を越える電動機速度の
   関数である様な、所望の空隙磁束に比例するクランプつ
   き磁束基準信号を発生する手段と、非クランプ及びクラ
   ンプつき磁束基準信号を瞬時的な空隙磁束に比例する信
   号と比較して、その間に差がある場合、その差を表わす
   磁束誤差信号を発生する手段と、トルク基準信号を電動
   機電流に比例する信号と比較する前記手段に結合されて
   いて、磁束誤差信号に応答して、該磁束誤差信号の関数
   として前記トルク基準信号の値を変更する手段と、角度
   基準信号を瞬時的な角度に比例する信号と比較する前記
   手段に結合されていて、磁束誤差信号に応答して、該磁
   束誤差信号の関数として該角度基準信号を変更する手段
   とを有する交流電動機を制御する装置。 ６ 特許請求の範囲５に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、前記第１及び第２の誤差信号を発生する手
   段が、前記第２の動作様式の間、一定馬力動作を行う為
   に電動機電流の大きさ並びに周波数を変えるように作用
   する手段を含んでいる交流電動機を制御する装置。 ７ 特許請求の範囲４に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、前記角度基準信号を発生する手段が、前記
   トルク基準信号に結合されていて、第１の角度基準信号
   を発生する様に作用し得る一定角度プログラム発生手段
   と、臨界点速度及び実際の電動機速度を表わす信号を発
   生する手段と、最大可能トルク基準信号及び前記臨界点
   速度を表わす信号の和に比例する一定の信号を発生する
   手段と、前記トルク基準信号、前記実際の電動機速度信
   号、並びに最大可能トルク基準信号及び臨界点速度の大
   きさの和に比例する前記一定の信号に結合されていて、
   第２の形式の角度基準信号を発生する様に作用し得る角
   度バイアス回路手段と、各々の前記角度基準信号を組合
   せて、前記角度基準信号を構成する複合信号を発生し、
   これによつて第１及び第２の動作様式の角度基準信号と
   する手段とで構成されている交流電動機を制御する装置
   。 ８ 特許請求の範囲７に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、前記組合せる手段が掛算回路で構成されて
   いる交流電動機を制御する装置。 ９ 特許請求の範囲７に記載した交流電動機を制御する
   装置に於て、前記一定角度プログラム発生手段が制限器
   回路で構成されている交流電動機を制御する装置。 １０ 特許請求の範囲７に記載した交流電動機を制御す
   る装置に於て、前記角度バイアス回路手段が、前記実際
   の電動機速度信号及び前記トルク基準信号に結合されて
   いて、その絶対値信号を発生する夫々の回路手段と、前
   記実際の電動機速度信号及びトルク基準信号の絶対値信
   号、並びに前記最大可能トルク基準信号及び臨界点速度
   信号の和に比例する前記一定の信号に結合された加算回
   路と、入力が前記加算回路に結合され、出力が前記の角
   度基準信号を瞬時的な角度に比例する信号と比較する手
   段に結合された出力加算点に結合され、該出力及び前記
   出力加算点の間にダイオードが結合され且つ前記出力加
   算点及び前記入力の間に帰還抵抗が結合されている演算
   増幅器手段とで構成されている交流電動機を制御する装
   置。 １１ 特許請求の範囲２に記載した交流電動機を制御す
   る装置に於て、前記磁束基準信号を発生する手段が、前
   記トルク基準信号に結合されていて、ゼロからずれた略
   一定の値の最低出力値を持つ信号出力を発生する磁束プ
   ログラム信号発生手段と、実際の電動機速度を表わす信
   号を発生する手段と、前記予定の基準速度に比例する信
   号を発生する手段と、前記磁束プログラム信号発生手段
   に結合されていて、実際の電動機速度に対応する信号が
   印加されたことに応答して前記信号出力の大きさを選ば
   れたレベルにクランプする様に作用し得る可変クランプ
   回路とで構成されている交流電動機を制御する装置。 １２ 特許請求の範囲１１に記載した交流電動機を制御
   する装置に於て、前記可変クランプ回路が、前記実際の
   電動機速度に対応する信号に結合されていて、電動機速
   度の絶対値に対応する信号を発生する手段と、実際の電
   動機速度の絶対値に対応する信号並びに前記予定の基準
   速度に比例する信号に結合された加算回路と、入力が該
   加算回路に結合されていて、該回路によつて加算された
   信号に応答する演算増幅器と、該演算増幅器の出力及び
   その入力の間に並列に結合されたツェナ・ダイオード及
   び電気抵抗と、前記演算増幅器の出力を前記磁束プログ
   ラム信号発生手段に結合する回路手段とで構成されてい
   る交流電動機を制御する装置。 １３ 特許請求の範囲１２に記載した交流電動機を制御
   する装置に於て、前記磁束プログラム信号発生手段が制
   限器回路で構成されている交流電動機を制御する装置。 １４ 特許請求の範囲１に記載した交流電動機を制御す
   る装置に於て、前記被制御電源が、前記第１の誤差信号
   に応答して変化する直流出力電流を発生する可変直流電
   流源と、前記第２の誤差信号の関数となる周波数で前記
   電動機に電流を供給する可変周波数電流源と、インダク
   タを含んでいて、前記直流電流源を前記可変周波数電流
   源に接続するリンク回路手段とで構成されている交流電
   動機を制御する装置。 １５ 特許請求の範囲１４に記載した交流電動機を制御
   する装置に於て、前記可変周波数電流源が強制転流形サ
   イリスタ・ブリッジ・インバータで構成される交流電動
   機を制御する装置。 １６ 大きさ並びに周波数が可変の電流を交流電動機に
   供給して、被制御電源から交流電動機を駆動する方法に
   於て、（ａ）電動機について、瞬時的な電動機電流を測
   定すると共に、空隙磁束及び瞬時的な電動機電流の間の
   瞬時的な角度を測定して、それらに比例する信号を発生
   し、（ｂ）トルク基準信号を設定し、（ｃ）該トルク基
   準信号を前記瞬時的な電動機電流に比例する信号と比較
   して、その間の差を表わす第１の誤差信号を発生し、（
   ｄ）前記第１の誤差信号を前記電源に印加して電動機電
   流の大きさを変え、（ｅ）実際の電動機速度及びトルク
   基準信号に応答して第１及び第２の形式の角度基準信号
   を導き出し、第１の形式の角度基準信号は予定の基準速
   度より低い速度で取出され、第２の形式の角度基準信号
   は前記予定の基準速度より高い速度で取出され、（ｆ）
   前記第１及び第２の形式の角度基準信号を、空隙磁束及
   び電動機電動の間の瞬時的な角度に比例する信号と比較
   して、その間に差がある場合、その差を表わす第２の誤
   差信号を発生し、（ｇ）該第２の誤差信号を被制御電源
   に印加して電動機電流の周波数を変え、第１の形式の第
   ２の誤差信号は一定角度の動作様式をもたらす様になつ
   ており、第２の形式の角度基準信号は一層大きな、可変
   角度の動作様式を発生する様に作用し得るようになつて
   いることからなる方法。 １７ 特許請求の範囲１６に記載した方法に於て、更に
   、電動機について瞬時的な空隙磁束を測定して、それに
   比例する信号を発生し、所望の空隙磁束に比例する磁束
   基準信号を発生し、該磁束基準信号は前記第１の動作様
   式に対して第１の形式の特性を持つと共に前記第２の動
   作様式に対して第２の形式の特性を持ち、前記磁束基準
   信号を瞬時的な空隙磁束に比例する信号と比較して、そ
   の間に差がある場合、その差を表わす磁束誤差信号を発
   生し、前記磁束誤差信号の大きさに対して第１及び第２
   の誤差信号を変更する工程を含む方法。 １８ 特許請求の範囲１７に記載した方法に於て、磁束
   基準信号を発生する工程が電動機の臨界点速度より高い
   速度では予定の値にクランプされる磁束対トルク特性を
   発生する工程を含み、前記臨界点速度は一杯のトルクの
   時の電動機電圧が、可変周波数電源が供給し得る最大電
   力に釣合う様な速度である方法。