JPS5936155Y2 - 直流無整流子電動機 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は起動時等の低速時に断続転流を行う直流無整流
子電動機に関し、断続転流領域の拡大を図り電動機の高
速化をめざすと共に断続転流運転時における電動機トル
りの増大を目的とする。

直流無整流子電動機は転流エネルギーの十分でない低速
時にはサイリスタへの供給電力を一旦零としてその間に
転流を行５所謂断続転流がしばしば行われている。

第１図、に直流無整流子電動機の主回路、第２図に制御
回路の各ブロック線図を夫夫示す。

第１図示するように、直流無整流子電動機は３相交流電
力を直流電力に変換する第１のコンバータ１０と定電流
用の続流リアクトル１、電動機２に回転起磁力を与える
第２のコンバータ２０、位置検出器３速度検出器４から
構成され、第１のコンバータ１０のサイリスタ点弧位相
をかえ電動機速度を調整する“α制御“と、第２のコン
バータ２０サイリスタの点弧順序を定める“γ制御“に
より運転される。

即ち、第２図に示すように、電動機電圧を調整するα制
御系は、電流マイナループを有するものが一般的であり
、速度調節器５、電流調節器６、移相器７から構成され
、またｒ制御系は位置検出器３からの位置信号を組合せ
且γ０指令、速度に応じて切替えられる例えば起動時は
γ０は００、中・高速時は６ｏｏ、に基づき論理演算す
るγ論理回路８より構成される。

また、本考案に係る断続転流を実現するためのスイッチ
要素は常時閉の９ａが速度調節器５と電流調節器６との
間に、常時開の９ｂが電流調節器６０入出力間に夫々挿
入され、スイッチ要素９が作動すると９ａが開路され電
流指令が零、９ｂが閉路し電流調節器６が短絡され移相
器１への入力を零とし第１のコンバータ１０のサイリス
タゲートを早急にキックパルス位置に変換し電動機電流
を直ちに回生じている。

１１は断連、γ 切替論理回路で、速度検出器４からの
速度信号と電動機電流及び位置信号を入力とし−Ｃ，位
置信号とその反転信号を微分しその微分波形に同期して
、即ちサイリスタ転流時に、断指令を出しスイッチ要素
９ａを開路９ｂを閉路し位相器７人力を一旦零とし電動
機電流が回生され零になったのを確認後上記断指令を解
（断連機能と（勿論これは電動機速度が上昇すれば中止
する）、電動機速度に応じてγ０を切替える、例えば速
度が小さい間は転流進み角γ０をＯＯにしトルり増大を
図り速度が増加すると上記γＯを６０’ＩＣ切替え自然
転流を容易とする、ｒｏ切替機能を有する。

本考案はこの断連、γ０切替論理回路を改良し、断続転
流領域の拡大とその間のトルり増大を図るもので、第３
図、第４図の従来例ブロック線図と、その動作波形図に
対比しつつ、本考案を、実施例の第５図、第６図σ）ブ
ロック線図、タイムチャートに基づき具体的に説明する
。

第３図に於て、１２，１３．１４は位置信号Ｆｌ、Ｆ２
及びＦ３とその反転信号Ｆｌ、Ｆ２．Ｆ３の立上り微分
波形の論理和（第４図、イ）を得るための回路、１５は
断連指令出力回路で、第４図、イの位置信号Ｆの切替り
毎に発生するタイミングパルスによりＯＮするトランジ
スタ１５ａｓ）ランジスタ１５ａのコレクタより抵抗１
６．１７を介して接続されるトランジスタ１５ｂ、該ト
ランジスタ１５ｂコレクタ、接地間に挿入される出力抵
抗２０．２１及び該コレクタとトランジスタ１５ａベー
ス間に接続される帰還用抵抗１８、電流零の信号により
ＯＮＬ断指令をリセットするリセット用トランジスタ１
５ｃ、その他ベース抵抗１９より構成される。

出力抵抗２０，２１の電位である断連指令は、タイミン
グ・パルスにより、トランジスタ１５ａ、１５ｂがＯＮ
すれば、コレクタ電位は上昇し断指令となりかつ帰還用
抵抗１８を介し該コレクタ電位がトランジスタ１５ａの
ベースへ加えられるので、トランジスタ１５ｃがＯＮす
るまでは、断指令の状態を維持する（第４図、口）。

この断指令はスイッチ要素９を作動させ９ａを開路、電
流指令を零とし、９ｂを閉路、電流調節器６人出力を短
絡し移相器７０入力を零としサイリスタゲート位相をキ
ックパルス位置にシフトさせ電動機電流を急速に回生さ
せ零とする（第４図、ハ）。

この電動機電流零の信号はコンパレータ２２により検知
されオン・ディレィ・リレー２３を介しサイリスタの転
流に必要・十分な時間遅れの後前記トランジスタ１５ｃ
のベースに与えられトランジスタ１５ｃをＯＮ（第４図
、二）、断指令をリセットさせる。

この結果、断指令の消失時ｔ３より若干の制御系不感帯
時間経過後ｔ４に再び電動機電流を流し得る状態となる
。

２４は電動機の速度信号を入力とし低速時にＯ１中・高
速時に１の論理出力を発し、断続転流、自然転流の切替
えを行うコンパレータ、２５は同じく、低速時と中・高
速時で転流進み角γ０を切替えるｒ０切替論理回路を夫
々表わす。

２６は断連指令出力回路１５の作動を停止させるための
トランジスタで、上記回路１５のトランジスタ１５ａの
ベース電位を零クランプさせ、第４図、イのタイミング
・パルスでもＯＮさせないようにする。

トランジスタ２６のベース信号はコンパレータ２４の出
力、即ち低速時はＯ１中・高速時は１、の信号がベース
抵抗２８を介して与えられている。

このように、断続転流は第２のコンバータ２０のサイリ
スタＵ、■、・・・・・・Ｚが転流する位置信号が転流
する位置信号切替時に該第２のコンバータ２０への供給
電力を一旦遮断して上記サイリスタＵ、Ｖ・・・・・・
Ｚの転流を行５ものであるが、たまたまこのサイリスタ
転流時に電動機電流が零であれば電流遮断の断指令をわ
ざわざ発しないまでもサイリスタは転流できるので、本
考案はこの点に鑑み転流時であっても電動機電流が鈴の
場合は制御系をリセットしデッド・タイムを生じせしめ
る断指令をなくしたものである。

即ち、本考案は電動機速度が上昇し転流エネルギーが十
分得られるならば、断続動作を中止するべく断連指令出
力回路１５０入力を零クランプするトランジスタ２６へ
、電動機電流が略零なるとき作動するオン・ディレィ・
リレー２３の出力を投入し、断続動作の不要な電動機速
度上昇後と同様転流時であっても電動機電流なる場合は
常にトランジスタ１５ａの入力を零クランプさせ第４図
、イのタイミング・パルスが断運指令出力回路１５に入
力される以前にカットしトランジスタ１５ｂがＯＮする
のを防止し断指令を生じさせないようにしたものである
。

以下、第５図示する本考案実施例のブロック図、第６図
に示す、ある電動機速度における従来装置の断連指令、
その時の電動機電流と、本考案に係るそれとを比較した
タイムチャートにより、構成、作用・効果を具体的に説
明する。

第５図に示すように、本考案は速度クランプ用のトラン
ジスタ２６０ベース信号としてコンパレータ２４の出力
の他に、オン・ディレィ・リレー２３の電流零信号を、
ダイオード・オア２７を介して与えたもので、トランジ
スタ２６は電動機電流が零であれば必ず導通状態にあり
、従って位置信号のタイピング・パルスが断連指令出力
回路１５に入力されようともトランジスタ１５ａベース
は零クランプされ出力の断指令が生成される余地はない
。

すなわち、このことは、従来のトランジスタ１５ｃにお
ける、電流零の断指令リセット機能を、トランジスタ２
６で代替することにもなり、トランジスタ１５ｃ１ベー
ス抵抗１９は省略でき、断指令が出力され電流零となり
、かつ若干のタイムラグの後の短絡等事故を防止するに
充分な時間を経たオン・ディレィ・リレー２３出力は、
ダイオード・オア２７を介しトランジスタ２６のベース
信号として加えられ、トランジスタ１５ａをＯＮからＯ
ＦＦへ切替光、トランジスタ１５ｂコレクタ出力の断指
令をリセットする。

第６図のタイムチャートにより、本考案の作用効果を従
来りもσ）と対比し具体的に説明する。

同図において、イは位置信号のタイミング、口及びハは
従来σ）ものの断連指令、電動機電流、二及びホは本案
に係る同じく断連指令、電動機電流を夫夫表わす。

即ち、第４図に示すように電動機が起動後それ程速度上
昇のない初期の段階では位置信号のタイミング時間は電
流制御系の不感帯（デッド・タイム）、制御系の立上り
時間などによる断指令が解かれて後ｔ３電流が流れ得る
状態ｔ４になるまでの時間、に比べ十分長いので電動機
電流はあるタイミング、例えばｔｌで断指令が出され若
干の減衰時間の後ｔ２零になり、十分な転流時間経過後
ｔ３断指令がリセットされ、このリセット時ｔ３より次
のタイミング・パルスがくるまでには必ず流れ得る状態
となり、該タイミングでの断指令により再び遮断される
のであるが、速度が上昇し第５図示するように上記デッ
ド・タイムＴ３中に次σ）タイミングパルスがくるよう
になると、言い換えれば同図の断指令リセット時ｔ３か
ら次のタイミングパルスｔ４ までの時間ｔ２が系のデ
ッドタイムｔ３より短い場合であり、従来例では上記タ
イミングｔ４でトランジスタ１５ａ、１５ｂがＯＮＬパ
ルス状の断指令（同図、口）が出され、結局系がｔ４で
リセットされたことになり、該ｔ４からデッドタイムＴ
３後のｔ６になって再び電動機に電流が流れることにな
る。

ところが、本考案は前述のように電動機電流が零の間は
断指令を生じないように構成したものであり、断指令が
リセットされたｔ３よりデッドタイムＴ３経過後のｔ５
までは勿論電流零であり先程の第５図、口に示すその間
のタイミングｔ４時の断指令は生じ得す、このため電動
機電流は上記ｔ３よりテッドタイムＴ３後のｔ５で流す
ことができ、同図、ホの暗色部だげ従来のものよりも長
く流すことになり、結局この電動機速度では断指令リセ
ット時ｔ３より次のタイミングｔ４までのＴ２秒のむだ
時間をなくすことができ、その分電流を流しトルクを増
大させることができる。

このことを電動機速度、即ち断続転流領域の最大速度の
問題として考えると、例えばデッドタイムＴ３を５ｍｓ
とすれば、純理論的には電動機電流の流れ得る最大
周波数ｆＭは、断続周期Ｔが全て不感帯の５ｍｓ ｅ
ｃ で占められたとすれば、■／／Ｔ×１／６即ち１０
００１５Ｘ１／６の１００／３Ｈｚ％従って例えば４ｐ
の同期電動機を用いれば、断続転流域の最大速度は１．
０００ ｒｐｍ となる。

これに比べ本考案であれば上記デッドタイムは考慮せず
ともよく、サイリスタのターンオフが次の次のタイミン
グパルス２回目の位置信号までの間に完了すれば直流短
絡などの不都合を生じることはないのテ、結局電流減衰
時間Ｔ４とサイリスタターンオフタイムＴ１との和の半
分より内に次のタイミングパルスが来なげればよく、例
えば減衰時間Ｔ４を２ｍｓ〜ターンオフタイムＴ１を３
ｍｓ とすれば、最大周波数ｆＭは、Ｔ４にＴ を加え
たものの半分即ち（２＋３）／２の２．５ｍ５ｅｃ
を周期Ｔとして、１０００／２．５Ｘ１／６の２ｏｏ／
３Ｈｚ となり、４ｐの周期電動機であれば、最大速
度は２．０００ｒｐｍと計算でき、従来例と比較して２
倍の速度まで断続転流方式で運転できることになる。

このように、本考案は断連指令出力回路の入力を零クラ
ンプし速度上昇後断続転流から自然転流へと切替えるた
めのトランジスタへ、電流零なるとき作動するリレー出
力をダイオード・オアを介して投入するという簡単な構
成により電流零なる場合は断指令を発し得ないようにし
たものであり、上記のように制御系のデッドタイムを考
慮しなくてよく断続転流運転における電動機トルクの増
大及び断続転流の速度上限の上昇に多大の貢献を果すと
いう優れた効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は直流無整流子電動機の主回路、第２図は制御回
路の各ブロック線図、第３図は従来の断連指令切替論理
回路のブロック線図、第４図はその動作波形図、第５図
は本考案実施例のブロック線図、第６図はその動作説明
のためのタイムチャートである。 １１・・・・・・断連、γＯ切替論理回路、２２・・曲
電流零検知コンパレータ、２３・・曲オン・ディレィリ
レー、２４・・曲断続、自然転流切替用速度検出コンパ
レータ、２６・・間トランジスタ、２７・・間ダイオー
ド・オア。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 始動時等の低速時に断続方式により転流を行う直流無整
   流子電動機にあって、速度信号と電動機電流信号及び位
   置信号を入力とし、位置信号の立上り、立下りタイミン
   グで電流断指令を出力し位相器入力を一旦零とし、電動
   機電流が回生され零になったのを確認の後、上記断指令
   を解き、かつ電動機速度の＝定値以上であれば上記断指
   令の生成を禁止する断連指令切替論理回路、を、位置信
   号の立上り・立下りタイミングのパルス信号によりＯＮ
   するトランジスタ１５ａ、）ランジスタ１５ａのコレク
   タより抵抗１６．１７を介して接続されるトランジスタ
   １５ｂｓ）ランジスタ１５ｂのコレクタ、接地間に挿入
   される断連指令用の出力抵抗２０，２１、出力抵抗２０
   ．２１の接続箇所とトランジスタ１５ａベース間に挿入
   される帰還用抵抗１８、電動機速度信号を入力とし低速
   時にＯ１中、高速時に１の論理出力を発するコンパレー
   タ２４、コンパレータ２４の論理出力とオンディレィリ
   レー２３の電動機電流零信号とのオアをとるダイオード
   ・オア２７、ダイオード・オア２７の出力により０ＮＬ
   ）ランジスタ１５ａベース、接地間に挿入されるリセッ
   ト用クランプ用のトランジスタ２６、より構成したこと
   を特徴とする直流無整流子電動機。