JPS5930040B2 - 回転数を制御可能な非同期電動機を作動させるためのインバ−タ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インバータ、目標値発生器、目標値に依存し
て電圧を調節する電圧調整器を備えた直流電圧供給部お
よび電圧に依存して周波数を追従する周波数調整器が設
けられており、その際定格電圧において定格周波数に達
するまでは電圧および周波数が互いにほぼ比例する、回
転数を制御可能な交流モータ運転させるためのインバー
タ回路に関する。

この形式の公知のインバータ回路（ドイツ連邦共和国特
許公告第１６１３７７６号公報）では電圧調整器は、電
圧信号として前以つて決められる目標値と、インバータ
の入力電圧の実際値に比例する電圧値との比較によつて
生じる調整量によつて制御される。

更に入力電圧の実際値は、周波数発生器に供給され、周
波数発生器はインバータに電圧に比例する周波数信号を
供給する。類似の回路においてすべり補償、電流に依存
する補償などを考慮するため固定の比例から変位するこ
とができる。この比例に基づいて非同期電動機は全体の
回転数領域において定格周波数まで、最大のトルクで作
動することができる。その上、電動機回転数を低減する
よう目標値が低下する際それからは発電機として動作す
る電動機の周波数は目標値設定には追従せずに、電圧一
実際値に拘束されたままであるという利点を有する。そ
の結果発電機は一この発電機に供給される交流電圧の周
波数に関連して一同期回転数をほんの僅かだけ上回る回
転数で回転する。従つてインバータ回路に障害作用する
おそれがない非常に僅かな電流しか流れない。しかしこ
の動作は、定格周波数までの領域に限定されている。と
いうのは供給される電圧の上限値は通例定格電圧に等し
いからである。定格周波数を越えても動作可能であるイ
ンバータ回路も既に公知であり（ドイツ連邦共和国特許
公開第２６４８１５０号公報）、その際定格周波数と定
格周波数の２倍の間の領域において電動機は最大出力で
作動される。

しかしこのために、如何なる動作点においても一定のす
べり周波数を維持するのに役立つ比較的コストのか＼る
計算回路が必要である。本発明の課題は、冒頭に述べた
形式のインバータ回路において、定格周波数より高い周
波数でも作動でき、しかも目標値の極めて急速な低下の
ため全体の動作領域において障害が回避される、簡単に
構成されたインバータ回路を提供することである。

この課題は本発明により次のように解決される。

即ち周波数発生器は、定格周波数より上にある周波数に
相応する目標値調節の際に目標値に伴なつて上昇する付
加信号によつて制御可能であり、この付加信号によつて
定格電圧の維持にも拘わらず定格周波数より高い周波数
が発生されるようにし、かつ過電圧の発生時に弁別器が
周波数を高めるための誤差信号を周波数発生器に送出す
るようにする。この回路においては付加信号は簡単に、
動作領域が定格周波数以上にも伸びるように働く。

にも拘わらずインバータ回路はこの動作においても、目
標値の極めて急速な低下のために起こる電動機の発電機
作動によつて生じることがある障害からは保護される。
何故ならば弁別器が、発電機作動のため障害となる過電
圧が発生したことを検出するや否や、弁別器は過電圧が
再び許容差に戻るまでインバータ周波数を高める誤差信
号を発生するからである。この結果電動機の遅延度は多
少低減されるが、にも拘わらず電動機は最大可能な許容
速度でその新たな動作点に到達する。回路は非常に簡単
である。というのは通例の接続線以外には電動機への別
の接続線は何ら必要でなく、全体の調整はインバータ回
路自体で行なわれるからである。これにより非常に小さ
な調整回路が得られ、かつ小さな時定数が許容される。
周波数発生器は有利には、付加信号に依存して変化可能
な傾きを有する電圧一周波数特性曲線を有し、また周波
数発生器の電圧入力側には加算素子が前置接続されてお
り、この加算素子において誤差信号は電圧に加算される
。

定格電圧に達した際定格周波数が既に達成されていると
、更に特性曲線の急峻化によつて周波数上昇が行なわれ
る。目標値の低下の際この特性曲線が極めて急速に元の
方向に動かされると、誤差信号を用いて周波数を生せし
める電圧信号が増大される。弁別器は、僅かなパーセン
テージ例えば約５％の過電圧に応動しかつ上昇する電圧
に伴つて強く上昇する誤差信号を発生するようにしたい
。

応動点の選択によつて、発電機作動における極めて高い
電流および電圧が確実に回避される。急峻な特性曲線は
、この応動値がほんの僅かしが越えられないよう保証す
る。目標値によつて制御される付加信号発生器は、定格
電圧に相応する値から始まつて目標値に伴なつて上昇す
る付加信号を発生するようにすることが望ましい。

これにより全体の動作領域に対して単一の目標値発生器
を利用することができ、一方付加信号は定格電圧を越え
てはじみて発生される。有利な実施例では、定格電圧は
目標値発生器に後置接続されている制限回路によつて定
められ、かつ弁別器および付加信号発生器の応動値は固
定されるように考慮されている。これにより特別に簡単
な構成が得られる。というのは互いに依存する重要なデ
ータは回路内に固定されているからである。この構成は
殊に、比較的不動の電源電圧をあてにできる場合に適し
ている。また、定格電圧を直流電圧給電部の最大電圧に
よつて前以つて決めかつ弁別器および付加信号発生器の
応動値を含んでいる特性曲線がこの最大電圧に相応して
変位可能であるようにすることもできる。

この構成は、電源電圧が変動をある程度受け易いが、に
も拘わらず非同期モータはその都度生じる最大電圧まで
最大トルクで作動されるべきときに、殊に適している。
有利な実施例において弁別器および周波数発生器のダイ
ナミツク伝達関数は、１乃至４、有利には約２Ｈｚ／ｍ
（？いリニアな上昇勾配および約０．１乃至０．２Ｓの
時定数を有する多少長めの下降時間を有する。

このように設定すると極めて強い負荷変動が、それによ
り確実な動作が損わねることなしに行なうことができる
ことがわかつている。例えば負荷の慣性モーメントは、
電動機の慣性モーメントのＯ乃至３００倍によつて、発
動機作動において障害となる過電流および電圧が生じる
ことなしに変えられた。次に本発明を図示の実施例を用
いて詳細に説明する。

第１図の実施例では３相の非同期電動機２を作動するた
めの３相のインバータ１が設けられている。

交流配電網によつて給電される整流器３は電圧調整器４
と一緒に共通に直流電圧供給部５を形成する。測定回路
６で、インバータ電流に相応する信号１ａおよびインバ
ータ電圧に相応する信号Ｕａを取出すことができる。目
標値発生器７を用いて周波数ｆ、従つて電動機２の回転
数が調節される。

この目標値発生器は信号Ｕｂを発生する。この信号は制
限回路８において、固定調節された定格電圧まで信号Ｕ
ｂに追）従するが、それからは一定にとゾまる信号Ｕ。

に変換される。比較装置９において電圧Ｕａは信号ＵＯ
と比較される。調整偏差は、増幅器１０およびダイオー
ド１１を介して時間に比例して動作するパルス発生器１
２に導かれ、パルス発生器は電圧調整器４の中にあるス
イツチに切換パルスを供給する。この切換パルスは調整
偏差に依存して変化する周波数および／または変化する
オンオフ比を有する。第２の目標値発生器１３において
、最大電流１ｂを前以つて決めることによつて最大モー
メントが調節される。比較装置１４においてこの目標値
は電流２と比較される。調整偏差は増幅器１５およびダ
イオード１６を介して最大電流ｂを越えるや否や、同様
にパルス発生器１２に供給される。このように、目標値
発生器７を用いて調節された電圧Ｕａは、加算素子１７
を介して周波数発生器１８へ導かれる。

この周波数発生器は、特性曲線Ａに従つてインバータ周
波数を決める信号ｆを発生する。付加信号発生器１９は
目標値信号Ｕｂによつて制御されかつ付加信号Ｕｄを発
生する。この信号に依存して、周波数発生器１８の特性
曲線Ａはより急峻化される。付加信号Ｕｄは、目標値Ｕ
ｂが定格値に達するまでは零であり、それからリニアに
上昇する。即ち周波数ｆは電圧Ｕａが定格値に、従つて
この周波数が定格値Ｆｎに達するまで、電圧Ｕａに追従
する。目標値Ｕｂが更に上昇した際電圧Ｕａは維持され
るが、周波数ｆは特性曲線Ａの変位によつて更に上昇す
る。従つて非同期電動機２は、その定格回転数を上回る
回転数で作動することができる。動作は、第２図のダイ
ヤグラムから明らかであり、そこには周波数Ｆｎまで電
動機は、電圧および周波数が同時に変化するため最大ト
ルクＭ＝１００％で運転することができる。

周波数がもつと高くなるとトルクは低下する。というの
は電圧はもはやそれ以上上昇できないからである。しか
し周波数発生器１８が最適に構成されていれば電動機は
更に最大出力Ｎ＝１００％で運転することができる。電
圧Ｕａはその他に過電圧一弁別器２０に供給される。

この弁別器は電圧Ｕａが、例えば制限回路８によつて調
節される電圧定格値より５％上の所にある応答値Ｕａ′
（第３図参照）を上回つたとき、誤差信号Ｕｅを発生す
る。弁別器２０の特性曲線は比較的急峻である。弁別器
２０の入力側と周波数発生器１８の出力側との間のダイ
ナミツク伝達関数は、例えば約２ｚ／Ｍｓのリニアな上
昇を有する。このことは、第３図に図示されている。時
点ｔ１において電圧Ｕａが応答値Ｕａ′を上回ると、誤
差信号Ｕｅが過電圧に相応する値に達するまで立上り側
縁ｂ１が生じる。時点Ｔ２において過電圧が今一度上昇
すると、更に別の立上り側縁Ｂ２が生じる。立下り側縁
Ｂ３は、例えば０．１５Ｓのオーダにおける時定数で指
数関数的に経過する。この方法で全体の動作領域におい
て、発電機作動時に惹起される過電圧およびこれにより
生じる極めて大きな電流に対するインバータ回路の保護
が行なわれる。目標値発生器７が定格周波数Ｆｎ以下の
領域に突然急激に調整されても、周波数ｆは追従しない
。その理由は、周波数は周波数発生器１８を介して実際
値電圧Ｕａに結び付いているからである。従つて実際値
電圧゛および周波数は、近似的に比例低下するので、そ
の結果障害の生ずるお、それがない。実際値電圧Ｕａが
一定であり、かつ従つて実際値電圧に周波数ｆがもはや
追従できないときの定格周波数ＦＯの上側において、過
電圧一弁別器２０は過電圧の発生時に周波数ｆが高めら
れ、これにより過電圧が障害が生じる可能性がない程度
の小さな範囲内に保持されるように作用する。第４図の
実施例では同じ部分には第１図と同じ番号が用いられる
。

第１図の実施例との本質的な相異はこ＼では制限回路８
が省略されていることである。その代わり付加信号発生
器１１９および過電圧一弁別器１２０は固定された特性
曲線を有していない。むしろ特性曲線は、電源電圧乃至
整流器３の出力側の電圧に依存して変位される。この目
的のために測定回路２１が設けられている。この回路は
電圧を、低域通過フイルタ２２を介して信号Ｕ，として
付加信号発生器１１９および弁別器１２０に送出する。
不足電圧は特性曲線Ｃ１およびＤ１に相応し、過電圧は
特性曲線Ｃ２およびＤ２に相応する。従つて特性曲線が
有効になる，こ＼で使用の定格電圧は、常時電圧供給部
５の使用できるその都度の最大電圧に相応する。このこ
とは、通例の作動が、即ち過電圧一弁別器１２０が作動
しなくてもその都度最高可能な電圧値まで実施できるこ
とを意味する。図示の回路は、３相電動機とは別の非同
期電動機にも適している。

付加信号Ｕｄの発生は、図示の方法とは別の方法で行な
うこともできる。例えば第１図において互いに機械的に
連結された２つの目標値発生器を使用し、そのうちの一
方が信号Ｕｅを発生し、また他方が付加信号Ｕｄを発生
するようにすることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の回路の第１の実施例のプロツク図、第
２図はインバータ周波数に関する非同期電動機のトルク
経過を示すグラフ図、第３図上方は電圧経過を示すグラ
フ図、第３図下方は第３図上方との関連において過電圧
弁別器の誤差信号の経過を示すグラフ図、第４図は第１
図の回路の別の実施例のプロツク図である。 １・・・・・・インバータ、２・・・・・・非同期電動
機、３・・・・・・整流器、４・・・・・・電圧調整器
、５・・・・・・直流電圧供給部、６，２１・・・・・
・測定回路、７，１３・・・・・・目標値発生器、８・
・・・・・制限回路、１２・・・・・・パルス発生器、
１７・・・・・・加算素子、１８，１１８・・・・・・
周波数発生器、１９，１１９・・・・・・付加信号発生
器、２０，１２０・・・・・・過電圧弁別器、２２・・
・・・・低域通過フィルタ、１ａ・・・・・・インバー
タ電ＦｆｓＵａ・・・・・・インバータ電圧、Ｕｂ・・
・・・・目標信号、Ｕｄ・・・・・・付加信号、Ｕｅ・
・・・・・誤差信号、Ｕ，・・・・・・最大電圧、Ｆｎ
・・・・・・定格周波数。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インバータ、目標値発生器、目標値に依存して電圧
   を調節する電圧調整器を有する直流電圧供給部および電
   圧に依存して周波数を追従調整する周波数調整器が設け
   られており、その際定格電圧において定格周波数に達す
   るまでは電圧および周波数が互いにほぼ比例する、回転
   数を制御可能な非同期電動機を作動させるためのインバ
   ータ回路において、周波数発生器１８は、定格周波数ｆ
   ｎより上にある周波数に相応する目標値調節の際に目標
   値Ｕｂに伴つて上昇する付加信号Ｕｄによつて制御可能
   であるようにし、該信号により定格電圧を維持しておい
   ても定格周波数より高い周波数が発生されるようにし、
   かつ過電圧の発生時に弁別器２０が周波数を高めるため
   の誤差信号Ｕｅを周波数発生器に送出するようにしたこ
   とを特徴とする回転数を制御可能な非同期電動機を作動
   させるためのインバータ回路。 ２ 周波数発生器１８は、付加信号Ｕｄに依存して変化
   可能である傾きを有する電圧−周波数特性曲線Ａを有し
   、かつ周波数発生器の電圧入力側に加算素子１７を前置
   接続し、該素子において誤差信号Ｕｅが電圧Ｕａに加算
   されるようにした特許請求の範囲第１項記載のインバー
   タ回路。 ３ 弁別器２０は、僅かなパーセンテージの過電圧に応
   動し、かつ上昇する電圧Ｕａに伴なつて著しく上昇する
   誤差信号Ｕｅを発生する特許請求の範囲第１項記載の回
   路。 ４ 目標値Ｕｂによつて制御される付加信号発生器１９
   は、定格電圧に相応する値から始まつて、目標値に伴つ
   て上昇する付加信号Ｕｄを発生する特許請求の範囲第１
   項記載の回路。 ５ 定格電圧は、目標値発生器７に後置接続された制限
   回路８によつて定められるようにし、また弁別器２０お
   よび付加信号発生器１９の応動値は固定されている特許
   請求の範囲第３項記載のインバータ回路。 ６ 定格電圧は、直流電圧供給部５の最大電圧Ｕｇによ
   つて所定値に定められるようにし、かつ弁別器１２０お
   よび付加信号発生器１１９の応動値を含んでいる特性曲
   線は前記最大電圧に相応して変位可能であるようにした
   特許請求の範囲第３項記載の回路。 ７ 弁別器２０、１２０および周波数発生器１８、１１
   ８のダイナミック伝達関数は、１乃至４Ｈｚ／ｍｓ短い
   リニヤな上昇勾配および約０．１乃至０．２Ｓの時定数
   を有する多少長めの下降時間を有する特許請求の範囲第
   １項記載の回路。