JPS5928150B2 - 誘導電動機の多段速度制御装置 - Google Patents

誘導電動機の多段速度制御装置

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JPS5928150B2
JPS5928150B2 JP55160832A JP16083280A JPS5928150B2 JP S5928150 B2 JPS5928150 B2 JP S5928150B2 JP 55160832 A JP55160832 A JP 55160832A JP 16083280 A JP16083280 A JP 16083280A JP S5928150 B2 JPS5928150 B2 JP S5928150B2
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JP55160832A
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義治 中澤
不二雄 石川
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Ac-Ac Conversion (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は三相交流電源、三相誘導電動機間に双方向性制
御整流回路(以下単に制御整流回路という)を備えてな
る電動機制御装置に係り、特に双方向性制御整流器によ
り三相各相とこれら三相各相に逆位相の各相とを切換制
御して段階的な周波数を発生させる誘導電動機の多段速
度制御装置に関する。
誘導電動機は構造強固、保守容易および安価であり理想
的な電動機であるが、電源周波数にて運転速度が定まり
通常商用電源では可変速運転できない欠点がある。
これを克服する一般的な方法は次の二つに大別される。
第一の方法は可変周波インバータにより駆動周波数を可
変とするものであり、第二の方法は高抵抗のハイスリッ
プモータとして一次電圧制御によるものである。前者は
効率よく可変速運転ができ電動機出力にも制限なく適用
し得るが、可変周波インバータ部が極めて高価なもので
あつて電動機が安価であるにもかかわらず装置全体とし
て非常に高価になつていた。また後者は電源電圧を双方
向性サイリスタ素子またはサイリスタ素子からなる逆並
列接続回路などの双方向性制御整流器(以下素子と称す
る)を用いて可変電圧運転するものであつて、損失が大
きく特性も良好でない。つまり同一のトルクで低速にす
ればする程損失が大となり、停止附近では略定格出力に
等しい損失が熱となつて失われる。そのため大容量機に
は適用できない。そのほか巻線形誘導電動機の二次抵抗
制御によるものは一次電圧制御と同様に損失が大きく特
性も良好でなく、またセルビウスまたはクレーマ制御方
式によるものとしていずれも高価なものになつていた。
本発明は、上述したような点に鑑みて段階的な変換を試
みた簡単な多段周波数変換機能を有し、安価で損失が少
く特性の優れた可変速駆動システムによる誘導電動機の
多段速度制御装置を提供することにある。
第1図は本発明の一実施例を示すもので、1は三相電源
、2は制御整流回路、3は制御整流回路2出力を得て三
相電源1の各相に対してその逆位相出力をそれぞれ発生
する極性変換変圧器、4は三相誘導電動機(以下単に電
動機という)、5は周波数設定器、6は制御整流回路2
の素子THu、THU,,TH,THVl,THW,T
HWlのゲート制御回路である。
すなわち本実施例の回路構成は三相電源1のU,,Wの
各相にそれぞれ2組計6組の素子を接続し、その一方の
素子THu,THv,THWのみが動作中の期間は三相
電源1がこれらの素子を介して電動機4の端子Mu,M
V,MWに供給され、他方の素子THul,THvl,
THwlのみが動作中の期間は三相電源1がこれらの素
子を介して極性変換変圧器3の端子Tul,T,,TW
lに与えられ、前記U,V,Wの各相と逆位相のUl,
V,,W,が発生されてそれぞれ電動機4の端子MU,
MV,MWに供給されるようにしてなる。かかる実施例
のものは、制御整流回路2の素子部分の切換制御により
、電源周波数F。付近からその1/2に到る周波数とそ
の2倍に到る周波数を段階的に得て電動機4に電力発生
し、電動機4を可変速駆動し得るものである。以下本実
施例につき第2図〜第6図を参照して説明する。第2図
および第3図は電源周波数の4/5の周波数を得る場合
の一例を示すものであり、その第2図は電動機4の端子
Muに印加される電圧波形を示している。
ここで三相電源1の相電圧をEu,e,ewとし、eは
Euより電気角(2/3)π遅れ位相、EwはEuより
電気角(4/3)π遅れ位相をとり、その角速度をω。
とする。すなわち第2図aは相電圧Euを示し、第2図
bは素子THuが動作して電源U相が端子MUに供給さ
れる期間と、素子THUlが動作して極性変換変圧器3
による電源U相の逆位相であるU1相が供給される期間
とを示す。
なおここでは電動機4に供給される相と時間長とをとも
に示して以下の図面でも同様に表示する。このように電
動機4の端子MuににはU相電圧かその逆相のU,相電
圧かいずれかが素子THu,THu,の切換によつて与
えられ、第2図に示す如く電源の5/2サイクルごとに
素子THuと素子THu,が切換えられて端子Muに印
加される相電圧EMUはそのcに示されるものとなる。
いま制御整流回路2の制御周波数をF,、その角速度を
ω,とすると、(1)式の関係にある。なお第2図cに
示されるEMUの波形においては、制御周波数F,の1
サイクル中にEuが5サイクル、EMUが4サイクルで
あることは同一極性の電源半波が2回引続き現われると
ころを破線で示す如く半サイクルに見ると理解できよう
また電動機4に与えられる出力周波数をFM、その角速
度をωMとすると、(2)式の関係にある。このように
して素子THu,THulの切換によりMu端子に与え
られるEMulこれと同一の原理により素子TH,TH
lの切換によりM端子に与えられるEMvlまた素子T
Hw,THw,の切換によりMw端子に与えられるEM
Wの電圧波形をそれぞれ示すと、第3図A,b,cに表
わされるものとなる。かくの如くEMVの発生に関与す
る素子THV?TH,の動作をEMUの発生に関与する
素子THu,THu,の動作より制御整流回路2の制御
周期より見た電気角で(2/3)π、時間で(π/0)
o)・(5×2/3)だけ位相を早め、EMWの発生に
関与する素子THw,THw,の動作を逆に電気角で(
2/3)π、時間で(π/0)。)・(5×2/3)だ
け位相を遅らせるようにする。したがつて電源周波数F
。の4/5の周波数FMを有して電源と反対の相回転を
もつ電圧を電動機4に印加することができる。さらに電
源周波数以下の出力周波数を得る場合につき、制御周波
数F,が(1/2)FO以下の任意について電動機4に
与えられる周波数FMを計算してみる。
いま相電圧Eu,e,ewの相電圧最大値をE。とおけ
ばそれぞれ(3)式で示される。また制御整流回路2の
動作はU相を例にとつて考えるに第2図bに示す矩形波
を乗算することに相当するが、近似的には第2図bに鎖
線で示す矩形波に対する基本波電圧ETUをEuに乗算
することに等しい。なおEu,e,ewの相回転に対し
てETU,eT,eTWの相回転を反対にすることは前
述した通りであり、これらはゲート制御回路6により行
われる。これより電動機4に供給されるEMU,eMV
,eMWはそれぞれ(3)式につぎに示す(4)式を乗
算することに等価となり、(5)式のようになる。この
ようにして相電圧EMUラEMVラEMWは、電源と相
回転反対で角速度ω。
と角速度ω,との差(ωo−ω,)の成分と、各相同位
相の角速度の和(ωo+ω1)の成分とが含まれている
ことがわかる。このうち角速度の和(ωo+ω1)の成
分は第1図に示す回路構成において電動機4に流れる電
流には全く関係しない。したがつて電動機に供給される
周波数FMはつぎの(6)式で与えられる。これらは制
御整流回路2の動作を(4)式により近似的に表わした
結果であり、詳細には例えば第2図cに示される如くの
波形を分析することが必要である。しかして周波数FM
を除き電動機トルク発生に関与する周波数成分は実用上
さしつかえない程度に僅少であり、しかも近似的には電
動機4に供給される電圧が(5)式で与えられることが
分析結果から得られた。つぎに第4図は(1/2)FO
の周波数の場合を示している。
このように電源周波数以下の出力周波数FMを得ようと
する場合、制御整流回路2の制御周波数f1は電源周波
数F。の1/2以下の任意に設定でき、前述の例の如く
その制御周波数f1を電源周波数FOの整数分の1に設
定し、各相電圧の零点近くで切換えることは特別な転流
回路を設けることなく可能である。しかしてこの整数分
の1にとられれず、制御周波数f1を(整数十0.5)
分の1例えば1/3.5にすることにしても転流回路装
置を付加することなく可能であり、その一例を第5図に
示す。すなわち第5図においては、出力周波数FMは(
7)式で与えられる。
この場合素子THuは第5図aに示すように電源の1.
5サイクル通電後ゲートオフになるが、電流が零点を通
過するA点まで動作し続けてオフとなる。
またこのA点よりつぎに電圧零を通るB点までは素子T
Hu,THu]がともにオフ状態でU相、U,相のいず
れも入力端子Muに接続されず、そのB点から素子TH
u,が点弧して電源の1.5サイクル経過後C点で素子
THuに切換えられる。ここでα/ωoはゲートオフ後
U相の電流が零になる期間である。このようにして制御
整流回路2の制御1サイクル中に電源3.5サイクル、
出力周波数2.5サイクルであり、したがつて(7)式
に示すように電源周波数F。の5/7となる。なお制御
整流回路2を電源の半サイクルごとに位相制御すること
により電圧制御を行うことは公知であつて、周波数FM
に適した電圧を供給することができる。また制御整流回
路2の切換動作において、電圧ETU,eTV,eTW
間の位相差はその電気角で(2/3)πにとることが原
則であるが、特別な転流回路装置を設けない場合転流条
件によつてこれがとれないとき(2/3)πに近い値を
とつて素子を切換制御すればよい。さらにまた電源周波
数以上その2倍に到る出力周波数を得る場合をつぎに説
明する。
通常電源周波数F。に対して制御整流回路2の制御周波
数F,をFO以下の任意に選びF,の相回転をF。と同
一方向にとつた場合、前述した如くの素子動作を表わす
電圧ETU,eTV,eTWは(4)式と相回転が反−
対であり、電源の相回転に同一とすることから(8)式
となつて電動機4に与えられるEMU,eMV,eMW
は(9)式となる。このようにして相電圧EMU,eM
V,eMWは、電源と相回転反対で角速度の和(ωo+
ω,)の成分と各相同位相の角速度の差(ωo+ω1)
の成分があり、このうち角速度の差(ωo−ω,)の成
分は第1図に示す回路構成にて電動機4に流れる電流に
は全く関係しない。
したがつて電動機に供給される周波数FMはつぎのα゜
式で与えられる。第6図は(5/4)FOの周波数の場
合を示すものであり、F,=FO/4,fM=(工+1
/4)FOのEMU,eMV,eMWを示している。こ
の例にとられれず制御周波数F,を電源周波数F。の1
以上の整数分の1あるいは(1以上の整数+0.5)分
のlにとれば、各相電圧の零点で切換制御することにな
り特別な転流回路を必要とせずに作用できることは明白
である。また制御整流回路2により電源半サイクルごと
に電圧制御して周波数FMに適した電圧を供給でき、さ
らにETU,eTV,eTW間の位相差を電気角で(2
/3)πにとり切換制御すればよいことは前述した通り
である。以上詳述した如く本発明によれば、電源周波数
の1/2から2倍までの多段周波数機能を有して簡単な
構成により効率よく電動機を駆動し得る装置を提供でき
る。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明による一実施例を示す回路図、第2図、
第3図は電源周波数の4/5の周波数を得る場合の電圧
波形図、第4図は、第5図、第6図はそれぞれ電源周波
数の1/2,5/7,5/4の周波数を得る場合の電圧
波形図である。 1 ・・・・・・三相電源、2・・・・・・双方向性制
御整流回路(制御整流回路)、3・・・・・・極性変換
変圧器、4・・・・・・三相誘導電動機(電動機)、6
・・・・・・ゲート制御回路。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 三相交流電源と三相誘導電動機との間に双方向性制
    御整流器を介在させ該三相誘導電動機を駆動する電動機
    制御装置において、前記三相交流電源各相にそれぞれ2
    組づつ接続される双方向性制御整流器、該双方向性制御
    整流器の1組づつを経て前記三相交流電源に逆位相の出
    力を発生する極性変換変圧器を具備し、三相交流電源各
    相とそれらの逆位相の電圧を前記双方向性制御整流器に
    より電源周期以上で切換えるとともに、前記三相交流電
    源の1/2から2倍までの段階的な周波数を得るように
    したことを特徴とする誘導電動機の多段送度制御装置。
JP55160832A 1980-11-17 1980-11-17 誘導電動機の多段速度制御装置 Expired JPS5928150B2 (ja)

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JPS6141028U (ja) * 1984-08-21 1986-03-15 新キャタピラー三菱株式会社 建設機械車両の燃料タンク取付け装置

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