JPS59181985A - チヨツパ制御縦続変流サイリスタ・インバ−タのための始動装置 - Google Patents

チヨツパ制御縦続変流サイリスタ・インバ−タのための始動装置

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JPS59181985A
JPS59181985A JP58243646A JP24364683A JPS59181985A JP S59181985 A JPS59181985 A JP S59181985A JP 58243646 A JP58243646 A JP 58243646A JP 24364683 A JP24364683 A JP 24364683A JP S59181985 A JPS59181985 A JP S59181985A
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current
chopper
inductance
voltage
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ジヨ−ジ・ヘンリ−・スタツトマン
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    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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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、インバータにおけるサイリスクは回転作動中
縦続変流されるチョッパー付勢のサイリスタ・インバー
ターモータ拳システムのための始動回路に関する。
縦続変流されるサイリスタ・インバータを用いてモータ
を駆動する時は、モータの回転を起動し充分な整流モー
タ電圧が得られるまで速度を増加するため始動システム
が必要となる。説明すればインバータにおけるサイリス
タ・スイッチング素子(通常、ソリコン制御整流器即ち
SCRの形態をとる)は、DC電源からのDCバス上で
受取られる付加DCバス電圧なモータに対して付加する
AC電圧に変流するため、予め定めた組において予め定
めたシーケンスてゲート動作即ちONへの切換えが行な
われる。各組のサイリスクが導通状態になるよう起動さ
れる前に、少なくとも1つの既に導通状態のサイリスク
が整流動作即ちOF’F動作させられなければならない
。強制整流回路は、インバータ付勢のための進み力率を
生じるように構成された同期モータの如きモータを使用
することによってなくすことができるが、モータのステ
ータの各巻線における交流はこれにより常にこの巻線の
両端における交番モータ電圧に進相を与える。進み力率
を有するように同期モータを構成するための設計技術は
当技術においては周知である。
基本的には、これは付加インバータ電圧よりも大きなモ
ータの逆起電力(逆EMF )の提供と関連する。この
逆EMFは、ロータにおける磁石(永久磁石または電磁
石)により生じた回転磁束によってステータの巻線に生
じる。進み力率により、サイリスクは縦続変流され、サ
イリスクがONにゲートされる時逆EMFをして逆バイ
アスを生じさせて曲に導通状態にあったサイリスタをO
FFに切換えさせることを意味し、これによりモータ電
流は有効に次のサイリスタに移動する。
縦続電流によるサイリスク・インバータにおいて生じる
問題は、モータからの回転磁束がステータ巻線を横切っ
てこの巻線にサイリスクの整流作用を生じるに充分な大
きさの逆EMFを誘起するためにモータが回転されなけ
ればならないことである。従って、モータの回転運動を
開始させてこれを所要の逆EMFが生じてインバータの
整流作用を引継ぐある速度まで加速さ仕るある種類の始
動装置を用いなければならない。DC電源およびインバ
ータを直接してモータのステータ巻線(一対して時間的
に分離する′電流パルスを勾えて、逆EMFがモータの
整流作用および通常の回転作用が生じる最低閾値レベル
まである増速度即ち加速度でモータの歩進回転運動を生
じる始動装置が開発されてきた。
DC電源がAC線間電圧を整流して調整可能なりCバス
電圧を生じる位相制御整流ブリッジである時は、縦続変
流によるサイリスク・インバータの始動は電流パルスで
モータ巻線を付勢してモータを一時に1ステップ分クラ
ンク運動即ち回転運動させるトルクを生じるため予め定
めた組で予め定めたシーケンスにおいてサイリスクをO
Nに切換えることにより行なうことができる。始動モー
ドにおいては、各組のせイリヌタがONになる前に、既
に導通状態にあったサイリスクは何等かの手段によって
OFF状態に切換えられなければならない。モータを1
ステップ回転させるため電流パルスが位相制御された整
流ブリッジから導通状態のサイリスクを経てモータ巻線
に与えられる時無効エネルギが形成されてモータ電流が
流れるインダクタンスに蓄積された状態となる。モータ
のインダクタンスに加えて、モータ電流は通常DCリン
ク即ちバスと直列に接続された別個のインダクタンスを
流れてI)Cパスの両端に短絡回路を生じる場合に電流
を制限する保護作用を提供し、電流のフィルタ作用即ち
平d]作用を生じる。モータに対して送られた各電流パ
ルスの停止時におけるこのようなインダクタンスに拘束
された無効エイ・ルギは、前輪、導通状態のサイリスク
の組かOFFに切換えられ次の組がONに切換えられる
前に除去されなけJt !’;!ならない。この無効エ
ネルギの必要な除去は、負荷からエネルギを再生してこ
れを再びAC線に戻すことにより行なわれてきた。
この無効エネルギは、インダクタンスからAC線間電圧
に対して流され、ここで電力は迅速に吸収さ+する。こ
の無効エネルギの再び位相制御整流ブリッジを経てAC
線(二対する供給は、整流ブリッジにおける整流素子(
通常は5CR)の適当なゲート作用即ち移相作用によっ
て行なわれる。無効エネルギの比較的堅い吸収は、吹の
組のサイリスタがONに切換えられてモータを更に1ス
テップ回動させるように、モータ素子の減衰時間を各付
勢パルスの終了時(l−零になるよう最少化するため必
要である。前輪、モータのパルス動作は、最終的に逆E
MFが生じて整流作用を引継ぐことを許容するよう充分
(′−早い速度で生じなけね、ばならず、これによりイ
ンバータ・モータ装置が自己整流状態となる。従って、
モータの減衰時間は、イ」勢電流パルスかモータ(=充
分な逆BMF整流電圧を生じるに必要な周波数でモータ
に対して与えることかてきるように充分に短くなければ
ならない。
もし縦続変流インバータが位相制御整流ブリッジによら
ずチョッパにより制御される場合には、モータの始動は
更に雑しくなる。チョッパは、旬秒2000サイクル即
ちHz付近の比較的高い頻度でONとOFF状態間で切
換えられて余波整流ブリッジにより通常AC線間電圧か
ら生じる大ききが一定したDC電圧をパルス巾変調即ち
反復変調を行なってチョッパされたDC電圧即ち調整可
能な巾の一連の周期的に反復する電圧パルスを生じるた
めチョッパ・スイッチを有するDC/DCコンバータで
ある。このチョッパの後には、DC即ちリンクと直列に
接続され、その主な目的がインバータ(二おける2つの
SCRのON 拘束の場合に電流の制限を与えることで
ある遅延インダクタンスと一般に呼ばれる比較的小さな
誘導子が続く。
モータのインダクタンスに伴なう遅延誘導子はまた、チ
ョッパからの出力電圧および電流をフィルタするように
作用する。チョッパの周波数が高ければ高いほど、必要
なフィルタ作用は小さくなる。
平均r)Cバス′電圧はこのよう(−インバータに対し
て与えられ、平均パス′心流はインバータを介してモー
タに供給されるが、平均値はチョッパの反復サイクルに
よって決定される。反復サイクルが大きければ大きいほ
ど、電圧パルスr□?を大きくなり、平均バス電圧およ
び平均バス電流は大きくなる。
チョッパの一部と考えられるフリーホイーリング・ダイ
オードは、DCバスの両端に分路接続されて、インバー
タを経てモータ(二対する遅延回路およびモータのイン
ダクタンス(二おける無効エネルギに対する経路を提供
するが平均値は、チョッパの反復サイクルにより決定さ
れる。この反復サイクルが大きければ大きいほど、電圧
パルスの巾は大きくなり、平均バス電圧および平均バス
電流も大きくなる。チョッパの一部と考えられるフリー
ホイーリング・ダイオードはDCバスの両端に分路接続
されて、チョッパ・スイッチがOFFに切換えられる毎
に遅延回路およびモータのインダクタンスにおける無効
エイ・ルギし対する経路を提供する。インダクタンスに
与えられた電圧が急に消滅する時、インダクタンスは同
じ方向に流れる電流を保持すること(二よりバス電流を
平滑化しようとする傾向を有する。このため、このよう
な構成においては、モータ電流はチョッパ・スイッチの
OFF状態の間同じ回路を同じ方向に流れ続ける。
チョッパ・スイッチが開路と閉路位置間で切換え作動中
である限り、連続的なりCバス電流かモータに対して流
れること(二なる。
チョッパで付勢される縦続変流インバータを始動させよ
うとする際経験される問題は、位相制御゛整流ブリッジ
の単位の際は可能であるように迅速に吸収させるため、
制御可能なSCRの代りに整流ブリッジを介してAC線
に対して無効エネルギを再び再生することができないこ
とである。チョッパを作動させてモータの付勢およびl
ステノプの回動を行なうだめの電流パレスを生じる時、
遅延回路およびモータのインダクタンスにおける無効エ
イ・ルギは、エネルギが最終的に散逸されて電流が零に
減衰するまで、モータ電流を前に導通状彬にあったサイ
リスクおよびフリーホイーリングダイオードに流れ続け
させる。不都合にも、このような放′屯状態においては
、無効エネルギを完全に散逸させてモータ電流を零に減
少させるためにj・寸、比較的長い期間が必要となる。
別の付勢電流パルスがチョッパによっては生成できず、
前に導通状態にあったサイリスクを流れる電流が零に減
衰するまで別の組にサイリスクがONにゲートさhるた
め、この比較的長い減衰時間が始動モードにおいてサイ
リスクがONの状態にゲートされる速度を制限する。実
際に、充分な逆EMFが生じてモータの整流作用を開始
するに充分に早くモータが歩進運動させることができな
いほど遅延時間は長くなる。
チョッパ制御の縦続変流サイ9スタ・インバータのこの
ような始動時の問題は、今や本発明によって克服さ1t
たのである。どんな形式のチョッパ付勢の縦続変流形イ
ンバータでも有効かつ迅速に始動させるための比較的簡
単かつ安価な構造の独特な始動装置を提供するものであ
る。
本発明は、作動中に、DCバス上で受取られた付加され
た調整可能なりCバス電圧から“制御されたチョッパの
出力からの直列接続された遅延回路を介して予め定めた
組において予め定めたンーケンスでON状態にゲートさ
れる一連の縦続変流サイ9スタにより生じる出力AC電
圧によって同期モータが駆動されるインバータ・モータ
装置のための始動装置を提供するものである。この始動
装置は、チョッパを制御してインバータに対してバス電
流パルスを与え、また各バス電流パルス毎に新たな組の
サイリスクをONにゲートするため同期モータに対して
時間分割された付勢電流パルスを供給してモータの歩進
回動運動を生じる装置を含んでいる。チ目ツバ・スイッ
チが開路してバス電流パルスの停止を開始する時、遅延
回路およびモータのインダクタンスに形成され拘束状態
となる無効エイ・ルギを散逸させるための回路の経路が
提供される。このように、これらのサイリスクが次の組
のサイリスタのゲートON状態に先立ってOFFに切換
わるように、導通状態のサイリスクを流れる電流が零に
減衰する。サイリスタの比較的早い作動を容易にするた
めに、無効ニオ・ルギの吸収を促進してモータ電流の減
衰時間を短縮するための回路の経路にDC’S圧ソーヌ
が包含される。本発明および頭書の特許請求の範囲の記
述の目的のため、用語DC電圧ソーヌとは、バッテリの
如き電圧ソース、または通過する電流に応答して電圧を
生じる抵抗もしく1・才抵抗とコンデンサの組合せの如
き回路網の如き両方の真の電圧ソースを包含するものと
する8 斬新なものと信じられる本発明の特徴については、特に
頭書の特許請求の範rlflii″−おいて記述さ」t
ている。しかし、本発明は、図面と関連して次の記述を
照合することによって最もよく理解できよう。
第1図においては、導体の路線L1、L2オヨヒL3が
通常の主AC電源でよい従来の3相AC電源10に接続
し、これにより3相のAC電圧即ち正弦波状に変動し同
じ振幅および周波数を有するも相互に120°だけ位相
がずれた3つの交番電圧を提供する。AC線間電圧の周
波数は、通常毎秒50または60サイクル即ちHzであ
り、この電圧の大きさは付勢される即ち、駆動される負
荷の特性に従ってどんな適当な値でもとることができる
導線状で受取られるACエネルギは、整流ブリッジ11
によって整流されてDC電力に変換される。
直列接続された誘導子14と分路接続されたコンデンサ
15が、ブリノア]■からの整流電圧をフィルタして、
コンデンサの両端に一定の大きさで第1図に示された極
性を有するフィルタされたDC電圧を生じる。前輪、D
C電圧の一定の大きさは、3相のAC電圧の振幅によっ
て決定されることになる。例えば、本発明の高出力の用
途にどいては整流ブリッジ11に対して加えられるAC
電圧は約600ボルトのDC電圧をコンデンサ150両
端に生じるに充分なものでなげればならない。特定に示
されたもの以外の種々の異なる構成によって必要なりC
電圧を提供することができることは明らかであろう。例
えば、・・ノテリもしくはバッテリ列を使用1″ること
もできる。別の事例としては、DCソースはある原動機
により駆動されろDC発電機の形態をとることができる
プリン/11およびフィルタ14.15によって生じる
一定の大きさDC電圧が、反復ザイクルi!制御装置]
80制御下即ち指令の下で交互て閉路(ON)、開路(
OFF)されるチョッパ・スイッチ]、 6 a (通
常は、トランノスク、SCR等の如きソリッド・ステー
1・のスイッチング素子からなる)を有1−る従来周知
のチョッパ]6に対して与えられる。チョッパ16が作
動1″ろ時、スイッチ16 aは毎秒2000サイクル
即ちI−T z付近の周波数でその閉路位置と開路位置
の間に切換えられることが望ましい。熱論、チョッパの
周波数は厳密なものでなく、他の適轟な値でもよい。フ
ィルタ要件を最少に抑制′1−ろためには高い周波数が
望ましい。平均出力電圧を制御するためチヨノ/<・ス
イッチを変調するには多くの方法がある。1つの一般的
な方法は、対をな1−ONをOFF時間毎に区切られた
期間即ち時間的間隔が常に同じとなり、かつ作動周波数
により決定されるが前記期間のONの部分(反復サイク
ルと呼ばれる)対OFFの部分の中は反復サイクル制御
装置]8の」言合下で調整可能である方式を用いている
。ON時間が畏くなるほと、OF I”時間は短くなる
。従ってチョップされたDC電圧即ち周期的に循環1′
る電圧パルスは、DC・・スを構成する回線即ち導線2
1.22の両端のチョッパ]6の出力に現われること(
でなり、導線22は基準電位即ち回路の共通線のアース
面に対して接続さjtでいろ。電圧パルスのピーク振幅
は常に同じ電圧(もしソース]1、]、4.15からD
C電圧が600ポル[・であれは600ボルト)となる
が、そのパルス巾は制御装置18の出力によ−って決定
される如く変更可能である。従って、DCハス21.2
2の両端における平均DCバス電圧は反復り゛イクルに
正比例することになる。例えば60係の反復サイクルて
600ボルトかチョッパに対して加えられると平均DC
バス電圧は360ボルトとなることになる。
DCハス電圧は、通常遅延インダクタンスと呼ばれる比
較的小さなリンク誘導子24を介してサイリスク・イン
バータ25に対して与えられる。
チョッパの電圧パルスのフィルタ作用を補佐1−るもの
であるが、インダクタンス24の主な機能はインバータ
におけるサイリスタの望ましがらぬONの拘束状態の場
合、即ちサイリスクの不適正な対が同時にON状態にな
ってDCハス2]、22の両端に短絡回路を生じる場合
てハス電流を制限することである。インダクタンス24
により提供される保護作用がなければ、障害を生じた即
ち導通状態のサイリスクが破損即ち破壊するおそれがあ
る。もしON状態に拘束された即ち誤動作が生じるなら
ば、遅延インダクタンス24が全バス電圧を吸収してチ
ョッパが遮断できるまで電流?制限する。バス電流が過
大となる時バス電流を検出してチョッパを完全にOF’
F状態に切換える回路(図示せず)が設けられている。
サイリスク・インバータ25は3相のプリン/形式のも
のであり、公知の回路形態ならびに6段階の作動サイク
ルを有1−ろ。このインバータは、谷々がDC・・スの
両端に実質的に直列接続された〕対のSCRを有する3
つの位相即ち枝路に配置さλtた5CR3]〜36の形
態の6つのサイリスタ・スイッチング素子を有する。こ
れらの3つの枝路の回路接合部37.38.39は、そ
の出力軸(図示ぜす)がある機械的負荷を駆動する3相
同期モータ4〕の3つのY半接続されたステータ巾41
. a、4 ]、 bおよび4 J、 cの谷々に対し
て接続している。同期モータ41は、巻線ロータ形式か
永久磁石ロータ形式か、あるいは縦続変流形1駆動に適
する形式のいずれでもよい。そのステータ巻線はY半接
続ではなくデルタ字形に接続することができる。
6つのインバータの5CR31〜36のゲートに対して
パルスのトリガー動作即ちケート動作を予め定めた回数
で予め定めたンーケンスにおいて与えることにより、D
Cバス21.22の両端に才(夕けろDC電圧はモータ
41のステータ巻線41a、4]、b、4.1 cに対
して与えられる如く3相のAC電圧に有効に変更され、
これにより3つの巻線に対して3相の交流電流を送って
、回転するステークの磁界を生じる、インバータ出力の
AC電圧の周波数により決定されかつこれと正比例する
速度においてモータの回転運動を生しるのである。例え
ば、もしケート信号が同様にS CR3]と36に対し
て与えられてこれらS CRをONに切換えるならば、
電流は回線21から、以下の順序でインダクタンス24
、S CR3]のアノード/カソード導通経路、接合点
37、モータ41の巻線4 ]、 aおよび4]、c、
5CR36のアノード/カソード導通経路またはアース
を流Aすることになる。S CR32がONとなりS 
CR36が導通状態を維持させられる間同時にもしS 
CR31を流れる電流がこの時SCRを有効にOFF状
態に切換えろある手段により零に減少さ牙するならば、
電流は回線21から、以下の順序でインダクタンス24
.5CR32、接合点38、巻線4]b。
41c、接合点39および5CR36を経て回線22に
対して流1することになる。典型的な作動シーケンスに
おいては、5CR36を流ねる電流はこの時零に減少さ
せられ、このSCRはOFF状轢テ切換えらノtろこと
になる。同時に、S CR34は導通状態にさせられ、
5CR32はON状態を維持づ−る。このため、モータ
電流が回線21から以下の順序において5CR32、接
合点38、巻線41b、4.1a、接合点37および5
CR34を介して回線22の方向に流れろための経路を
完成1−ることになる。同様に、もしs CR3”、お
よび34がこの時導通状態させられ5CR32はOFF
状態にさ、Itろならば、電流は接合点39から巻1J
41c、41aを介して接合点37に対して流れ、もし
5CR33,35がその後同時にONに維持され5CR
34がOFFになるならば電流は接合点39から巻線4
1 c、41bを経て接合点38に対して流れる。最後
に、インバータ25の6段の作動サイクルを完成するた
め、5CR33は次にOFFに切換えられるが5CR3
1および35は導通状態にされて、接合点37から巻M
4.]、a、4. l bを経て接合点38に流れさせ
る。
撒論、インバータ25およびモータ41のこのよう/ρ
記述した動作(主当技術においては周知である。
SCRのONおよびOFF動作を適正に順序伺けること
により、インバータは3つのステータの巻線41a、4
]、bおよび41cの各々に付加するため3相にずれた
6つの段階の交番′電圧を有効に生じ、3つの電圧は相
互に120°だけ位相がすれている。周知のように、同
ル]モータのステータ巻線に対して3相のAC電圧を付
加すると、ステークの回転磁界を生成する結果となり、
これはロータをしてロータを歩進状態に即ちステータの
磁界と同期して回転させ、こitによりロータ速度即ち
周波数はステータの磁界の周波数と等しくなる。
ロータの磁極は回転するステータの磁界により吸引され
、この磁界に正確に同ルコシて追従して磁力の相互作用
によってトルクを生じるのである。滑りは生じない。
同期モータ41は、常にサイリスク・インノ<−タ25
に対して進み力率を与えるように構成されている。目t
を実施するための設計技術は当技術においては周知であ
る。実際に、モータに生じた逆FMFはイ」加されたモ
ータ電圧より大きくなければならない。進み力率が与え
られると、谷ステータ巻線を原寸するモータ内の交流は
この巻線の両端における交番するモータ電圧に進相を与
える。
周知の方法において、モータがその通常の速度範囲で作
動しサイリスク・インノく一夕25が5CR3]〜36
に対する適正に調時されシーケンスを与えられたゲート
・ノ<ルスと共にDCノくスミ圧を受取る作動中、モー
タ電流はモータ電圧に進相を与えて、生じた逆EMFは
サイリスク・インノク−タ25の適正な作動ならびにモ
ータ41の回転】軍動を維持するに必要な正確な時点で
適当なSCRをOFFに切換えることになる。
適当ナシ−ケンスおよび正しい時点におし・て5CR3
1〜36をONおよびOFF状態に切換えてステータの
回転磁界を生じるため必要な3相のACエネルギを生じ
てモータ41を所要の方法て゛回転させるゲート・パル
スは移相器4 :3 Kよっ−C8CRのゲートに対し
て与えられるが、その作用は軸位置検出装置44によっ
て制tI]される。こ、ltは、インバータの動作を制
御するための公知の装置である。軸位置検出装置は軸の
位置従ってモータ4]のロータの位置を監視し、この検
出されり情報に応答して移相器43はこのゲート・パル
スヲインバータの適正なSCRに指向させてこねらSC
Rを所要の予め定めたシーケンスにおいてONに切換え
る。作用においては、検出装量44は移相器43に対し
て回転するロータの正確な瞬間位置を連続的に通知し、
この情報がら移相器はロータが回転し続けるように磁性
を有1−るステータの回転運動を維持するため導通状態
に置かれなければならない特定のS CRを判定する。
3つのステータの巻線の谷々に与えるための3つの位相
のずれを有1−る6段階の交番電圧を生じるため、イン
バータ31〜36のスイッチング動作即ち始動パターン
は1つの作動サイクルの600毎に変化しなげればなら
ない。60°毎に、導通状態のSCRはOFF状態に切
換えられねばならず、また新たな組のSCRは導通状態
に首か、hなければならない。切換え時点を表わすタイ
ミング・パルス(その(情態については後に説明する)
は第1図に示される如く移相器43の出力側に生じる。
明らかなように、新たな組のインバータのSCRの始動
に先立つある一定の時間的間隔で谷タイミング・パルス
が生じる。従って、インバータSCRゲート・パルスは
、移相器43により生じた各タイミング・パルス後の予
め設定されたある時間的遅れで生じることになる。
始動モードにおけるインバータ・モータ・システムの作
用について以下に考察する。システムが停止さicた後
始動される間、電子スイッチ46がその始動位置即ち図
面に示されるS位置に確保される。システムが最初に投
入される時、移相器43がタイミング・パルス(第2図
における信号波形)を生成するが、これは作用において
パルス・ゼネレータ47によりアナログ・スイッチ48
に付加される正になる制御パルスに変換される。第2図
に示されるように、最初に生じる制御パルスの立上りは
、インバータ5CR31〜36に対して与えられる最初
に生じるゲート・パルスの立ち上がりと一致する。この
ため、1組のSCRが最初に正になる制徊tハルスの開
始時に導通状態に置かれる。最初の制御パルスにより含
まれる時間間隔において、DC基準電流(第1図におけ
るI ref )がアナログ・スイッチ48およびスイ
ッチ46を経てコンパレータ51の非反転入力即ち十入
力側にゲートされ、その反転入力即ち一入力端は′電流
検出装置52に接続されて平均DCノ・スミ流を表わす
信号(第1図にI busで表わされる)を受取る。
DC基準電流は調整可能であり、通常の作動即ち安定し
た状態の作動条件に対して必要な設定点即ち平均DCバ
ス電流を表わす。基準電流レベル即ち設定点は3相同期
モータ41により駆動される機械的負荷により要求され
る速度を満足するように接着されることが望ましい。変
更可能なりC基準電流を提供するため適当な回路を使用
することができる。この回路は手動もしくは自動的に指
令させることもできる。例えば、基準電流即ちr re
fは比較的大きなシステムのあるパラメータ即ち特性を
検出することにより得ることができ、本ンヌテムにおい
ては検出された情報に応答してモータの速度を自動的に
制御するためにインバータ・モータ・システムが内蔵さ
れている。
第2図における最初の制御パルスの間隔においてコンパ
レータ51に対してゲートされるDC基準電流は、反復
サイクル制御装置1日をしてチョッパ・スイッチ]、 
6 aを基部電流が表わすレベルにDCバス電流を確保
するため必要な反復サイクルで作動させる。この制御パ
ルスが終ると、アナログスイッチ48がその接地位置に
切換えられ、この位置はコンパレータ51をしてチョッ
パ・スイッチ16aを遮断するように反復サイクル制御
装置18に指令させる。チョップされたDC電圧即チ3
iの電圧パルスは、このように第2図に示される如くチ
ョッパ16の出力側に生成される。
反復サイクルにより決定される平均DCバス電圧を提供
するチョッパ出力電圧は、DCバス21、22に対して
力えられ、遅延インダクタンス24および導通状態のイ
ンバータSCRを経てモータ41に送ら、iする。遅延
回路およびモータのインダクタンスは、周期的に循環す
る電圧パルス間の、チョッパの短いOFF間隔中、イン
ダクタンスにおける無効エネルギがバス′准流(従って
モータ電流)を生じて導通状態のSCRおよびモータを
同じ方向に流れ続けさせるようにフィルタ即ち平滑動作
を生じろ。この無効エネルギは、抵抗53とコンデンサ
54の並列の組合せおよび分離ダイオード55と誘導子
56からなる直列回路に流れることになる。その結果、
DCバス電流は、最初の正になる制御パルスの間隔にお
いて、第2図に示される如く連続するパルスを実質的に
構成する。
従って、バス電流パルスはモータ41を流れるように変
換され、パルスは有効にモータを伺勢してこれを1ステ
ップ分回動即ち回転させる。還元1−れば、ステータ巻
線は、ロータの磁極を吸引する磁界を生じるため付勢さ
れ、その結果ロータが1ステップ分回転してその磁極を
ステータの磁界と整合させるのである。
チ目ツバ・スイッチ16aが開路して第2図における最
初のバス電流パルスを遮断し、モータが1ステップ分回
動された後に、遅延インダクタンス24およびモータの
インダクタンスにおいて、形成され拘束状態となった無
効エネルギが急速に除去され即ち散逸されてSCR電流
を、またその結果モータ電流を零まで減少させ、導通状
態のSCRをOFF状態に切換える。新たな組のSCR
がモータを別に1ステップだけ回動させるため、ゲート
することができるように比較的購い切換えが2要である
本発明によ)tは、所要の早いエイ・ルギの除去ば′抵
抗53およびコンデンサ54の並列の組合せによって容
易にされる。チョッパ側脚パルスの間隔の終りに遮断さ
れる時、遅延回路およびモータに蓄えられた無効エネル
ギが導通状態の5CR1抵抗53、コンデンサ54、分
離ダイオード55および誘導子56からなる経路におい
て散逸する。
:I!!4効電流が抵抗53に流れると、コンデンサ5
4は第1図(7示される極性を有するDC電圧まで充′
改し、遅延回路およびモータのインダクタンスにより形
成されるエネルギ・ソースのため電流の流れと極性が反
対であるバッテリを有効に提供する。
抵抗53とコンデンサ54からなるRC回路によって与
えられるDC電圧は無効エネルギの吸収を促進して、始
動中インバータSCRの比較的早い動作を可能にするた
め、モータ電流の遅延時間を零まで減少させる。
更に説明すれば、もしあるインダクタンスにおける無効
エイ・ルギが非常に低いインピーダンスの回路中で散逸
される場合は、電流が零まで減衰するために非常に長い
間隔が必要となる。もし反対の極性のDC電圧ソースが
この時前記経路に直列に挿入されるならば、このエイ・
ルギを除去して′磁流を零まで減少させるのに要する時
間は実質的に短縮される。実際に減衰時間はDC電圧ソ
ースの大きさに反比例する。このため、抵抗53および
コンデンサ54の両端に生じる電圧が高ければ高いほど
、無効エネルギを吸収して導通状態のSCRのFFへの
切換えに要する時間は短くなる。DC電圧ソース53.
54における無効エネルギを有効に散逸させることによ
り、電流は良好に切換動作を行なうモータ電圧を生じる
に必要な連関までモータを回動させるに充分に早く電流
を除去することができる。第2図のチョッパの出力波形
における零より低い負の電圧は、RC組合せ、回路53
.54により生じる負のパイアヌ状態を示している。前
輪、チョッパ・スイッチ16aが閉路される時、ダイオ
ード55はRC回路53.54をチョッパの出力側から
分離する。換言ずれば、ダイオード55は、チョッパ1
6が反復サイクル制御装置18(二より操作されてDC
パス21.22に対して与えるためのバス電圧を生じる
時、要素53.54.56からなる回路網における電流
の流れを駆出するような極性を呈する。
第2図の最初のバス電流パルスが零に減衰した後、パル
ス・ゼイ・レータ47は移相器43からのタイミング・
パルスの制御下でアナログ・ヌイノチ48を作動させる
ための別の制御パルスを生じて、チョッパ・スイッチ1
6aをONに切換えて別のバス電流パルスの生成を開始
する。シーケンスにおけるインバータSCRの次の組は
制御パルスの正になる変換の発生によってゲートされて
、付勢用の電流パルスをステータ巻線に対して送ってロ
ータを別の1ステップ分たげ回動させる。このステラフ
カ生じてチョッパ・スイッチ16aが遮断された後、バ
ス電流パルスは零に減衰し、導通状態のSCRはOFF
”に切換わる。第2図におけるバス′成流の波形を観察
すれば、一定の時間的遅延に対してはバス電流が絶対に
存在しないことが判るであろう。予め定めた時間的遅延
を持たせである予め定めた期間電流を零に維持すること
により、インバータSCRは・・スミ流が零になった後
にその遮断能力を取戻すことが許される。
移相器43の制御下では、一連のバス電流パルスが生じ
、各パルスが生じる毎に順序における次の組のSCRが
ONに切換えられて3相同期モータ4]の歩進回転運動
を生じ、遅延回路およびモ〜りのインダクタンスに蓄え
られたエネルギはRC組合せ回路53.54によってバ
ス電流パルス間で迅速に除去される。始動プロセスがl
し%−タの速度が増加するに伴って、位置検出装置44
は移相器43をしてインバータSCRの始動速度を増加
させ、これによりインバータ周波数を増加させる。始動
モードにおいてSCRが更に早い速度で導通状態に置か
れる時、RC回路53.54は遅延回路のインダクタン
ス24および千〜タノインダクタンスに拘束されたエネ
ルギを迅速に吸収1″るためのDC電圧を提供するよう
に作用することになる。抵抗53は、それ自体エネルギ
を吸収しかつ遅延時間を短縮するが、一旦電流が零にな
ると、インバータにおけるSCRに対しては電圧をOF
F状態に保持することはない。更に、モータ速度が増加
するにつれて逆EMFが生じ始め、始動中インバータの
SCRの始動時点を制御するため使用されるシステムに
従って、この逆EMFはインバータに対して同期させる
ことができず、また導通状態のSCRがOFF’状態に
切換えらノするべき時に電流を流れさせようとする傾向
を有する極性を持ち得る。この条件を避けるために、負
の電圧を維持してSCRに対して負のバイアスを提供す
るためコンデンサ54(電解コンデンサであることが望
ましい)を使用することができる。
RC回路53.54の両端における負の電圧は、始動中
に生じる最も高い逆EMFよりも高くなげれはならない
。更に、RC回路は、電流が零まで減衰してSCRがそ
の遮断能力を取戻すことを許容するOFF保持時間を提
供した後、負の電圧が要求される間隔持続するように時
定数を持たせるへきである。
モータ41が逆EMF”がモータの切換え動作を生じる
予め定めた速度に達する時、始動回路はもはや不要とな
り、システムはその動作モードに確保されなげればなら
ない。これは、移相器43により生成されるタイミング
・パルスによって更に制御されかつその周波数(て応答
するスイッチ制御装置59により確保される。予め定め
た速度に達すると、タイミング・パルスの周波数はスイ
ッチ制御装置59をして電子スイッチ46を始動位置即
ちS位装置から動作位置即ちR位tlまで作動させる。
従って、基準電流I refがコンパレーク51に対し
て連続的に供給され、その結果チョッパ16が連続的に
作動させられてサイリスク・インバータ25およびモー
タ41に対する一定のDCバス電流を提供する。スイッ
チ46は、DCリンク電流が零となる時その作動位置に
作動させられ、同時に信号がゲート制御装置6]に対し
て加えられこれは更KDCゲート信号をサイリスタ即ち
5CR62如対して加えて、システムが作動モードにあ
る限りこitをゲートしてONの状態に維持する。
5CR62は短絡してRC回路53.54を遮断し、ダ
イオード55を切離し、またチョッパ・スイッチ]−6
aが開路さlllする毎に遅延インダクタンス24とモ
ータのインダクタンスに蓄えられた無効エネルギを変換
するためフリーホイーリング・ダイオードとして作用す
る。従って、5CR62はモータの作動中通常損失の少
ないフリーホイーリング作用の経路を提供する。
システムはこの時実質的に従来周知の方法で作用する。
もしDCノ・スミ流が所要のレベルにな(、場合には、
コンパレーク51は反復サイクル制御装置18を制御し
てバス電流を適正なレベルに確保し維持するため必要な
方向および割合たけチョッパの反復サイクルを変化させ
ることになる。モータのトルク従ってモータの速度はバ
ス電流に比例し、また軸位置検出装置44はモータ速度
に応答してインバータのSCRの始動状態を制御する。
その結果、インバータの周波数はDC)−スミ流に対し
て「スレーブ状態」即ちこの電流に正比例させられるこ
とになる。
誘導子56は、チョノノぜ・スイッチ1.6 a Kお
ける値dI/′dt(電流の付加の時間的変化)を制限
し、また始動中分離ダイオード55を流れまた作動中5
CR62を流れる逆方向の回復電流を制限1−ろために
設げらJtている。ダイオード55が導通状態にあり、
チョッパ・スイッチl 6 a カOFF状態にありか
つインバータのSCRの電流が減衰しつつある時、蓄え
られる電荷はダイオード55内に蓄積する。始動中イン
・・−タSCRがQFFに切換えらitだ後チョツノく
・スイッチ]−6aが最初にONに切換えられて別のノ
くスミ流ノくルスの生成を開始1″′る時、ソース10
.11.14、]5からの全DC電圧に加えてRC回路
53.54の両端における電圧がダイオード55の両端
に加えられることになる。ダイオード55に蓄えられた
電荷が放電されるまで、このダイオードは実質的に短絡
回路を構造し、非常に大きな逆方向の電流が流れて大き
なdiZdt値をもたらすことになる。
この条件はダイオード55とチョンノぐ・スイッチ]、
 6 aの両方に有害であるおそれがある。同様にスイ
ッチ16aが開路している間フリーホイーリング5CR
62が導通状態にある作動モードにおいては、蓄えられ
た電荷が5CR62に形成される。スイッチ16aが閉
路されると、5CR62はコンデンサ15の両端に全D
C電圧に対する短絡回路を提供し、蓄えられた電荷が放
電されるまで、非常に大きな逆方向の回復電流が5CR
62に流れることになる。このような望ましからざる条
件を回避するため、誘導子56が挿入されてチョッパ・
スイッチ16 aにおげろ値di/dtを制限し、また
始動中道方向の回復電流が分離ダイオード55に流れる
こと、および作業中ソリーホイーリ/グ5CR62に流
れることを制限づ−る。
当業者には明らかなように、漂遊状態の誘導効果および
逆方向の回復電流による電圧スパイクを制限するためダ
イオード55と5CR62の間に適当なスナツバを必要
とすることになろう。
例示した実施態様においては、フリーホイーリング5C
R62がDCゲート信号によってONにゲートさ′iす
る。チョッパ・スイッチ16aが閉路される時、5CR
62は逆方向にバイアスされる。
このことは、ゲート信号が与えられなかった場合に最初
そうであったよりも逆方向の漏洩電流が大きくなり得る
ことを意味づ−る。ON状態にゲートされ逆方向の7・
イアスが与えられたSCRは、このため必要以上に加熱
するおそれがある。このような状態を緩和するため、別
の構成(図示せず)を実施することもできる。略々全量
の電圧を取り出づ−ため5CR62と直列に接続したダ
イオードを付設することもできる。ON状態にゲートさ
れたSCRはダイオードよりも遥かに小さなインピーダ
ンスを有し、その結果ダイオードは逆方向の電圧のほと
んどを吸収することになる。これに代るものとして、チ
ョッパ・スイッチ]、 6 aが閉路される時フリーホ
イーリング5CR62を遮断するため連動ロゾノクを使
用することもできる。別の代替例としてはSCRを削除
することであろう。
本発明の別の実施態様は第3図に示されるか、これにお
いては、5CR65が抵抗53およびコンデンサ54と
並列に接続され、その結果ダイオード55は作動状態と
始動状態の両方において活動状態となり、逆方向の電圧
の大部分を吸収することになる。このように、SCRが
DC信号によりONに生成される時SCRの逆方向の漏
洩が増加することにより生じる前述の如き問題は排除さ
れる。更にまた、SCRの電圧定格は減少することがで
きる。SCRば、そのトリガー動作と同時にコンデンサ
の放電から生じる電流衝撃を取扱うような大きさにしな
ければならず、あるいは過大なdiAtO値および(ま
たは)ビーク電流が生じないことを保証するため適当な
インダクタンスが提供されなげればならなくなる5゜
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明により構成される始動装置および本始動
装置がその始動のためのチョッパ制御された縦続変流形
サイリスク・インバータに内蔵さり、る方法の概略を示
す回路図、第2図は本始動装置の作用の理解に役立つ始
動モードの間存在する種々の電圧および電流信号の波形
を示1−グラフ、および第3図は本発明の別の実施態様
を示す図である。 10・3相AC電源、11・・全波整流ブリノ/、14
−誘4子、15  コンデンサ、16−チョッパ、]8
・反復サイクル制御装置、21,22−DCハス、24
・・−リンク誘導子、25 サイリスタ・インバータ、
31〜36 8CR,37〜39・回路接合部、41・
3相同期モータ、43・移相器、44・・・軸位置検出
装置、46 電子スイッチ、47・パルス・ゼネレータ
:48 アナログ・スイッチ、51コンパレータ、52
・・電流検出装置、53・抵抗、54 コンデンサ、5
5・・分離ダイオード、56・誘導子、59・スイッチ
制御装置、61 ゲート制御装置、62.658CR6 4i許出bfJ4 人    ボーク・ワーナー・コー
ポレーション代理人  弁理士  湯 浅 恭 三: 
・(外4名)″′

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)チョッパ制御縦続変流サイリスク・インバータの
    ための始動装置において、 チョッパ(16)の調整を行なってインバータ(25)
    におけるサイリスタ・スイッチング素子(31〜36)
    を予め定めた組で予め定めたシーケンスにおいてONに
    切換えてモータ(41)の電流パルス付勢を行ない前記
    モータを歩進回動させる装置t(18,43〜51)と
    、 DC電圧ソース(53,54)を含み、各付勢パルスの
    終了毎にモータ電流の減衰時間を零に抑制するため、モ
    ータのインダクタンスに拘束された無効エネルギを迅速
    に吸収して次の組のサイリスタ・スイッチング素子の比
    較的早いON切換え動作を可能に1−る装置(53,5
    6)とを設けることを特徴とする始動装置。
  2. (2)匍J御されたチョッパ(16)の出力から直列接
    続された遅延インダクタンス(24)を介してDCバス
    (21,22)上で受取る調整可能な付加されたDCバ
    ス電圧から予め定めた組で予め定めたシーケンスにおい
    てONにゲートされる一連の縦続変流サイリスタ(31
    〜36)を有するサイリスタ・インバータ(25)によ
    り生じる出力AC電圧によって回転作動中同期モータ(
    41)が1駆動されるインバータ・モータ装置のための
    始動装置において、各バス電流パルス毎にバス電流パル
    スをインバータ(25)に対して送るようにチョッパ(
    ]6)を制御し、新たな組のサイリスタをONにゲート
    して時間分割された付勢電流パルスを同期モータ(41
    )に対して供給して該モータの歩進回動を生じる装置(
    18,43〜51)と、 一連のサイリスタが導通状態にゲートされる各バス電流
    パルスの終了時に前記遅延インダクタンスおよびモータ
    のインダクタンスにおいて形成し拘束状態になる無効エ
    ネルギを散逸させて、次の組のサイリスタがONにゲー
    トされる前に、前記の導通状態のサイリスタをOFFに
    切換えてモータ電流を零まで減少させる回路の経路(5
    3〜56)と、 前記回路の経路内に含まれ、前記無効エネルギの吸収を
    促進して、前記サイリスクの比較的早い動作を容易にす
    るためモータ電流の減衰時間を零に減少−fるDC電圧
    ソース(53,54)とを設けることを特徴とする始動
    装置。
  3. (3)前記DC電圧ソースが、DC電圧が切換え動作中
    生成される抵抗(53)を含むことを特徴とする特許請
    求の範囲第2項記載の始動装置。
  4. (4)前記DC電圧ソースが、並列に接続された抵抗(
    53)とコンデンサ(54)を含むことを特徴とする特
    許請求の範囲第2項記載の始動装置。
  5. (5)導通状態サイリスクが始動モードにおいてOFF
    に切換えられつつある時、前記DC電圧ソースが遅延イ
    ンダクタンス(24)とモータ・インダクタンスと直列
    に有効に接続され、蓄えられた無効エネルギが前記遅延
    インダクタンスとモータ・インダクタンスの両端に前記
    DC電圧ソースの極性と反対の極性の電圧を生じること
    を特徴とする特許請求の範囲第2項記載の始動装置。
  6. (6)前記チョッパ(]6)が、回転作動中比較的高イ
    周波数でONとOFF状態間で交番するDCハス(21
    ,22)と直列になったチョッパ・スイッチ(16a)
    を含み、回転作動中導通状態にゲートされるサイリスタ
    (62)が前記DC電圧ンース(53,54)を分路し
    てこれをバイパスし、前記チョッパ・スイッチ(16a
    )が遮断される毎に前記遅延インダクタンスおよびモー
    タ・インダクタンスにおける無効エネルギに対する電流
    経路を提供するためフリーホイーリング・ダイオードト
    シテ機能することを特徴とする特許請求の範囲第2項記
    載の始動装置。
  7. (7)前記回路の経路が前記DC電圧ソースと直列接続
    された分離ダイオード(55)とからなる回路網(53
    〜56)を含み、該回路網は、前記遅延インダクタンス
    (24)とモータ・インダクタンスと回路網(53〜5
    6)が全て直列に接続されて導通状態のサイリスクがO
    FFに切換えられる時減衰するモータ電流を導通ずるよ
    うにDCハス(21,22)間に分流接続され、前記切
    換、を期間中は前記チョッパ(]6)により生成された
    DCバス電圧は存在せず、前記チョッパが作動させられ
    前記DCバス電圧がDCハスに対して伺加するため生成
    される時、前記ダイオード(55)は前記回路網を流れ
    る電流を遮断するように極性を付されろことを特徴とす
    る特許請求の範囲第2項記載の始動装置。
  8. (8)前記チョッパ(16)は、始動モートの間者バス
    電流を生じるように比較的高い周波数でONとOFF状
    態間で交番するDCハス(21,22)と直列になった
    チョッパ・スイッチ(16a)を含み前記サイリスタが
    OFFに切換えられた後膣チョッパ・スイッチが最初に
    0NKt71換えられる時、前記チョッパ・スイッチ(
    16a)に流れる電流の時間当り伺加率を制限しかつ前
    記分離ダイオード(55)を流れる逆方向の回復電流を
    制限して、始動作動中割のバス電流パルスの発生を開始
    するように、前記誘導子(56)が分浦ダイオード(5
    5)に対して直列に前記回路網(53〜56)に含まれ
    ることを!+1僧とする特許請求の範囲第7項記載の始
    動装置。
  9. (9)回転作動モードにおいて導通状態にゲートされる
    S CR(62)は、前記チョッパ・スイッチ(16a
    )が遮断される毎に、前記DC電圧ソース(53,54
    )をバイパスして前記遅延インダクタンスとモータ・イ
    ンダクタンスに蓄えられた無効エネルギを変換するフリ
    ーホイーリング・ダイオードを提供するため、前記分離
    ダイオード(55)と前記誘導子(56)間の回路接合
    点において前記回路網(53〜56)に対して接続され
    、前記誘導子(56) ハ、前記チョッパ・スイッチが
    ONに切換えられる毎に、前記s CR(62)に流れ
    る逆方向の回復電流の量を制限1−るように作用するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の始動装置。
  10. (10)回転作動モードにおいて導通状態にゲートされ
    るs CR(65)は、前記チョッパ・スイッチが遮断
    されろ毎に、前記DC電圧ソースをバイパスして前記遅
    延インダクタンスとモーターインダクタンスに蓄えられ
    た無効エネルギを変換するフリーホイーリング・ダイオ
    ードを提供するため、前記分離ダイオード(55)と前
    記DC電圧ソース(53,54)間の回路接合点におい
    て前記回路網(53〜56)に対して接続され、前記誘
    導子(56)は、前記チョッパ・スイッチ(16a)が
    ONに切換えられる毎に、前記s CR(65)に流れ
    る逆方向の回復電流の量を制限づ−るように作用するこ
    とを特徴とする特許請求の範囲第8項記載の始動装置面
JP58243646A 1982-12-23 1983-12-23 チヨツパ制御縦続変流サイリスタ・インバ−タのための始動装置 Pending JPS59181985A (ja)

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