JPS5944875B2 - インバ−タ出力電圧位相の調整方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インバータで起動される交流電動機、とりわ
け誘導電動機を起動完了後に他の電源系統へ同期投入す
る際におけるインバータ出力電圧位相の調整方法に関す
る。

交流電動機の起動方法としては、起動すべき電動機が、
同期電動機の場合には、可変周波電源装置により電動機
周波数が系統周波数にほゞ等しくなるまで加速し、そこ
で一定速度制御を行いながら系統電圧と電動機電圧との
位相が合うのを待つて電動機を系統へ投入する方法が一
般的である。

これに対して誘導電動機、とくにかご形誘導電動機の起
動方法としては、直入起動、リアクトル起動、スター
・デルタ切換起動などが知られているが、大容量機を対
象とする場合には、これらの起動方法はいずれも突入電
流が生じるため頻繁に起動・停止を繰り返えす電動機に
は適していない。最近ではインバータを用いて誘導電動
機を起動する方法が採用されつゝある。この場合にも系
統への投入時における突入電流を避けるためには、同期
電動機における場合と同様に同期投入を行わせなければ
ならない。これは具体的には電圧、周波数および位相を
一致させることである。この場合に注意すべきことは、
誘導電動機は一次電流の供給が停止するとたちまちのう
ちに誘起電圧がなくなるため、インバータから系統電源
への切換え時には給電の重なり期間を設けなければなら
ないことである。つまり、同期電動機の場合にはインバ
ータから切り離した状態からでも同期投入を行うことが
でき、投入後同期電動機自身が同期化トルクを発生する
のに対して、誘導電動機はそういうわけにはいかない。
インバータの出力電圧および出力周波数は互いに独立し
て制御可能であるので、これらをそれぞれ系統の電圧お
よび周波数に一致させることは既存の技術によつて容易
に達成できる。

ところが、インバータの出力の位相を周波数と独立して
制御することは一般に厄介である。インバータの周波数
はインバータのパルス分配器に導かれるパルス列の周波
数によつて決まる。この場合にパルス分配器に制御可能
な移相器を前置すれば、周波数を所望値に保つたま＼位
相を調整することができる。しかしながらこのような方
法では位相の調整範囲はパルス列のパルス間隔相当分（
例えば３相ブリツジ形インバータでは６００）しかとれ
ない。どんな場合であつても必ずインバータの出力電圧
の位相を系統電圧の位相へ合わせることができるように
するためには、位相調整範囲としては少なくとも３６０
０の幅が必要である。更に、周波数と位相とを同時に一
致させる方法として、ＰＬＬ（フエーズロツクドループ
）原理を応用した方法も考えられる。

即ち、インバータのパルス分配器へ導かれるべきパルス
列を発生する電圧・周波数変換器の入力電圧に、インバ
ータの出力電圧と系統電圧との位相差に相当する補助入
力電圧を重畳するやり方である。しかしながら、この方
法の場合には閉ループによつて周波数の変化により位相
調整が行われるため、ＰＬＬ回路の定数選定にあたつて
は、その段度の制御対象の特性に合わせて、応答性と安
定性とが同時に満足できるよう配慮しなければならない
ため、取り扱いにくい面がある。本発明の目的は、イン
バータの出力周波数を系統周波数に一致させた状態でイ
ンバータの出力電圧の位相だけを操作して系統電圧との
位相差を所定の許容値内に追い込むことを可能にする位
相調整方法を提供することにある。

更に、本発明は、安定性を保証しながらできるだけ迅速
に位相調整を行うべく、簡単な手段で位相調整速度を思
い通りに規制できるようにしようとするものである。上
述の目的は、本発明によればインバータで起動される交
流電動機を起動完了後に他の電源系統に同期投入する際
におけるインバータの位相調整方法において、インバー
タのパルス分配器もしくはこれの前段に挿入した分周器
に導かれるパルス列の周仮数がインバータ出力周波数を
系統周波数に一致させるような値に達した状態にて、前
記パルス列のパルス間引を施すことによつて達成される
。パルス列の周波数はインバータ出力周波数ｆ１の整数
倍ＮｆＩであるので１つのパルスを間引けばインバータ
出力電圧はその都度３６００／ｎだけ遅れ方向に移相さ
れる。同期投入のための位相差Δψの許容最大値がψ。
であるとすると、どんな場合でも確実にΔψ≦ψｏに到
達できるようにするためには３６０ψ／ｎ≦ψｏを満足
するようにｎの値を選定すればよい。また予め定められ
た時間Ｔにつき１つのパルスを間引く場合には位相調整
速度は３６０の／ＮＴとなる〇以下、図面を参照しなが
ら本発明を更に詳細に説明する。

第１図は本発明の実施例の概略的構成を示す。

ＩＭは交流電動機、例えば３相誘導電動機であり、これ
は商用３相電源系統Ｎに接続された間接形周波数変換装
置によつて起動されてから系統Ｎに同期投入される。こ
の間接形周波数変換装置は制御可能な整流器ＲＥＣｌ直
流リアクトルＤＣＬｌインバータＩＮで構成され、電源
変圧器ＴＲｌおよび出力変圧器ＴＲ２を備えている。Ｓ
ｌ，Ｓ２は開閉器である。インバータ１ＮＶの制御装置
としてパルス発生器１、本発明によつて付加されたパル
ス間引回路２、分周器３、パルス分配器（リングカウン
タ）４、パルス増幅器５が示されている。

整流器ＲＥＣの制御装置として電圧目標値発生部６、電
圧調節器７、点弧角調整器８、パルス増幅器９が示され
ている。パルス発生器１および電圧目標値発生部６に導
かれる入力電圧Ｅは、起動時に所定のパターン（例えば
直線勾配）に従つて上昇する電圧であり、これによつて
インバータの出力周波数および出力電圧の値が指令され
る。

この入力電圧Ｅが１００？値に達したときインバータ出
力周波数が系統周波数の定格値に一致し、かつインバー
タ出力電圧（ＴＲ２の２次側電圧）が系統電圧の定格値
に一致するように選ばれている。電圧目標値発生部６は
例えば単なる切換スイツチで構成することができる。

起動中は電圧目標値いとしてそのまま入力電圧Ｅを調節
器７に伝達し、入力電圧Ｅが１００％値に達したら、図
示されてない電圧検出器によつて検出された系統電圧の
実際値ＶＮが電圧目標値いとして調節器７に与えられる
よう切換えが行われる。これによつて起動完了後インバ
ータ出力電圧ｖが系統電圧ＶＮに一致させられる。しか
しながら系統電圧ＶＮの定格値からの変動が十分小さい
場合には要素６を省略して入力電圧Ｅを直接電圧目標値
いとしてもかまわない。パルス発生器１は電圧周波数変
換器を備え、この変換器によつて入力電圧Ｅがこの電圧
に比例した周波数を有するパルス列に変換される。

このパルス列は回路２を通過して分周器３の入力端に導
かれる。入力電圧Ｅが１００％値に達した後、パルス発
生器１の出力パルスの周波数はインバータ出力周波数ｆ
が系統周波数ＦＮに一致するように操作される。第２図
にパルス発生器の具体的構成例を示す〇第２図によれば
、パルス発生器１は電圧周波数変換器１１、周波数逓倍
器１２、周波数比較器１３、アンドゲート１４，１５、
ノツト回路１６、オアゲート１７および過小パルス間隔
カツト回路１８から構成されている。

電圧周波数変換器１には第１図で述べた入力電圧Ｅが導
かれる。周波数逓倍器１２には３相系統電圧（瞬時値）
ＥＮが導かれる０電圧周波数変換器１１が発生するパル
ス列周波数は、これによる運転時のインバータ周波数Ｆ
Ｉに対して整数倍の周波数ＮｆＩとなつている。これに
対して周波数逓倍器１２が発生するパルス列は系統周波
数ＦｚＯ）ｎ倍の周波数ＮｆＮを有する。周波数比較器
１３はｆ１くＦＮ「１」の状態の出力信号を発生し、Ｆ
Ｉ≧ＦＮで「０」の状態の出力信号を発生する。従つて
、インバータ起動時には電圧周波数変換器１１のパルス
列が分周器３に導かれ、インバータ出力周波数ＦＩが系
統周波数ＦＮに一致したとき周波数逓倍器１２のパルス
列が分周器３に導かれるように切換が行われる。過小パ
ルス間隔カツト回路１８はその切換え前の最後のパルス
と切換え後の最初のパルスとの間隔が短かすぎると後者
のパルスの伝達を阻止する働きをする。これによつてイ
ンバータへの衝撃を防止することができる。しかしなが
ら、第１図に示すように分周器３が設けられていて、ｎ
が十分大きく選定されている場合には、たとえ切換え時
に過小のパルス間隔が生じてもそれの影響は微々たるも
のであるので、回路１８は省略することができる。更に
、周波数比較器の後段にあるノツト回路１６の「１」の
出力信号は第１図におけるパルス間引回路２のためのパ
ルス間引動作開始指令信号として役立てることができる
。第３図にはパルス間引回路２の具体的実施例が示され
ている。

この図において２０はカウンタ、２１はパルス発生器、
２２は位相差検出器、２３は比較器、２４〜２７はアン
ドゲート、２８〜２９はノツト回路である。第１図（も
しくは第２図）に示されているパルス発生器１のパルス
列はアンドゲート２４，２５の一方の入力端に導かれる
。

アンドゲート２４の出力端は第１図における分周器３に
接続されている。アンドゲート２５の出力端はカウンタ
２０の入力端ａに導かれる。カウンタ２０の計数値２の
＝１に対応した出力端ｂはノツト回路２８を介してアン
ドゲート２４の他方の入力端に接続されている。カウン
タ２０の計数値２１＝２に対応した出力端Ｃはノツト回
路２９を介してアンドゲート２５の他方の入力端に接続
されている。カウンタ２０のクリア端子ｄはアンドゲー
ト２７の出力端に接続され、このアンドゲート２７には
アンドゲート２６の出力信号とパルス間引動作開始指令
信号とが導かれる。この指令信号としては、例えば第２
図のパルス発生器１内のノツト回路１６の出力信号を使
用することができる。アンドゲート２６にはパルス発生
器２１の周期Ｔを有するパルスと比較器２３の出力信号
が導かれる。位相差検出器２２はインバータ出力電圧Ｅ
Ｉと系統電圧ＥＮとの位相差△ψを検出する。比較器２
３はこの位相差Δψと予め定めた許容値φ。との大小比
較を行い、△ψ〉ψｏの状態のとき［１」信号を発生す
る。カウンタ２０は起動中出力端子ｂに「０」信号がそ
して出力端子「１」信号が生じるような状態に置かれて
いる。

従つて、ゲート２４は開かれていてパルス発生器１のパ
ルス列がこの回路２４を通過して分周器３に導かれ、ま
たゲート２５は閉じられていてカウンタ２０の内容は変
化しない。起動が完了してインバータ出力周波数ＦＩが
系統周波数ＦＮに一致したとき第２図のノツト回路１６
からアンドゲート２７に導かれる出力信号は「１」の状
態へ変化する。このとき位相差△φが許容値内φ。にお
さまつていなければ、比較器２３は「１」の出力信号を
発生しているので、パルス発生器２１の出力パルスがア
ンドゲート２６および２７を通過する。この通過してき
たパルスはカウンタ２０のクリア端子ｄに与えられる。
これによつてカウンタ２０出力端子Ｂ，ｃの出力信号は
すべて「０」となる。出力端子ｂの信号はもともと「Ｏ
」であるが、出力端子ｃの信号は「１」から「０」に変
化し、この変化によりゲート２５が開かれる。ゲート２
５が開かれたことによつて、その後でパルス発生器１か
ら到来した最初のパルスがカウンタ２０入力端子ａに到
来して、カウンタ２０によつて計数される。これにより
カウンタ２０の出力端子ｂの信号が「１」に変化し、ゲ
ート２４が閉じられる。従つてこの最初のパルスは分周
器３への伝達を阻止される。この場合に、この最初のパ
ルスのアンドゲート２４への到達とカウンタ２０の出力
端子ｂの信号の変化とが競争することになるので、これ
を避けて確実にパルス間引を行わせるには、実際の回路
ではアンドゲート２４の入力端子のうちパルス発生器１
の出力パルスが導かれるほうの入力端子には若干のパル
ス遅延を行う回路を付加すべきである。最初のパルスに
続く２番目のパルスによつてカウンタ２０の出力端子ｂ
の信号は「Ｏ」に戻され、これによつてゲート２４が再
び開かれ、この２番目のパルスをゲート２４を通過する
。これと同時にカウンタ２０の出力端子ｃの信号は「１
」に変化し、これによつてゲート２５が閉じられる。こ
のようにしカウンタ２０はもとの状態に戻る。Ｔ時間後
に再びパルス発生器２１がパルスを発生することによつ
て上述のパルス間引動作が繰り返えされる。このパルス
間引動作は△ψ≦ψｏが達成されるまで繰り返えし行わ
れる。パルス間引動作の繰り返えし周期はパルス発生器
２１のパルス発生周期Ｔによつて設定することができる
。

また、１つのパルスの間引によりインバータ出力電圧は
遅れ方向に３６０引／ｎだけ移相される。例えば第１図
においてインバータＩＮＶが３相ブリツジ形サイリスタ
インバータであるとすると、インバータ出力周波数ＦＩ
に対して、パルス分配器４の入力端に与えられるパルス
列の周波数は６ｆ１であり、そして分周器３が８分の１
の分周を行うものとするとこの分周器３の入力端に与え
られるパルス列の周波数は４８ｆ１である。従つて、こ
の場合にはｎ＝４８であり、１つのパルス間引による移
相角度は７．５あである。この程度のインバータの出力
電圧の移相のステツプ的変化にインバータおよび電動機
は十分追従できる。またこの場合に比較器２３における
基準値ψ。は７．５のかまたはこれよりも若干大き目に
選ばれる。従つて同期投入時における残留位相差は高々
７．５。であり、この値は許容範囲内である。もちろん
、ｎをもつと大きく選べば移相のステツプ角並びに残留
移位相差の最大値を小さくすることができる。また位相
調整速度は３６０さ／ＮＴであり、パルス発生器２１の
パルス発生周期Ｔによつて規制することができる。以上
のように、本発明による位相調整方式によれば、安定が
迅速に位相差を許容値内に追い込むことができる。

このようなパルス間引による位相調整によつて△ψ≦ψ
ｏが達成されると、比較器２３の出力信号は「０」とな
つてパルス間引動作が停止される。

この比較器２３の「０」の出力信号は位相一致確認信号
として役立ち、既に、電圧一致および周波数一致は確認
されているので、これをもつて同期投入指令、即ち開閉
器Ｓ２の投入指令が発せられる。開閉器Ｓ２の投入後周
波数変換装置の運転が停止され、開閉器Ｓ１が開路され
る。（場合によつてはＳ１は閉成したままでもよい。）
このような同期投入より系統投入時の突入電流を問題な
い程小さく抑えることができる。本発明は他制式のイン
バータで起動される同期電動機にも適用可能である。

インバータとしては電流形の自励インバータが適してお
り、この場合に第１図に示した制御装置に公知の技術に
従つて適宜電流制御ループを付加することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明一実施例の概略的構成を示すプロツク図
、第２図はインバータの周波数を決めるパルス発生器の
具体的構成例を示すプロツク図、第３図はパルス間引回
路の実施例を示すプロツク図である。 ＲＥＣ・・・・・・整流器、ＤＣＬ・・・・・・直流リ
アクトル、ＩＮ・・・・・・インバータ、ＴＲｌ，ＴＲ
２・・・・・・変圧器、Ｓｌ，Ｓ２・・・・・・開閉器
、ＩＭ・・・・・・交流電動機、１・・・・・・パルス
発生器、２・・・・・・パルス間引回路、３・・・・・
・分周器、４・・・・・・パルス分配器、５・・・・・
・パルス増幅器、６・・・・・・電圧目標値発生部、７
・・・・・・電圧調節器、８・・・・・・点弧角調整器
、９・・・・・・パルス増幅器、１１・・・・・・電圧
周波数変換器、１２・・・・・・周波数逓倍器、１３・
・・・・・周波数比較器、１４，１５・・・・・・アン
ドゲート、１６・・・・・・ノツト回路、１７・・・・
・・オアゲート、１８・・・・・・過小パルス間隔カツ
ト回路、２０・・・・・・カウンタ、２１・・・・・・
パルス発生器、２２・・・・・・位相差検出器、２３・
・・・・・比較器、２４〜２７・・・・・・アンドゲー
ト、２８，２９・・・・・・ノツト回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インバータで起動される交流電動機を起動完了後に
   他の電源系統へ同期投入する際におけるインバータ出力
   電圧位相の調整方法において、インバータのパルス分配
   器もしくはこれの前段に挿入した分周器に導かれるパル
   ス列の周波数がインバータ出力周波数を系統周波数に一
   致させるような値に達した状態にて、前記パルス列のパ
   ルス間引を行うことによつて、インバータ出力電圧と系
   統電圧との位相差を所定の許容値内に追い込むようにし
   たことを特徴とするインバータ出力電圧位相の調整方法
   。 ２ 特許請求の範囲第１項において、前記パルスの間引
   は予め定められた間隔をおいてその都度１つのパルスを
   間引くようにして行われることを特徴とするインバータ
   出力電圧位相の調整方法。 ３ 特許請求の範囲第１項または第２項において、前記
   パルス分配器もしくはこれの前段に挿入した分周器に導
   かれるパルス列は、起動中は電圧周波数変換器から与え
   られ、この電圧周波数変換器から与えられるパルス列が
   インバータ出力周波数を系統周波数に一致させるような
   値に達した後は系統電圧を導かれる周波数逓倍器から与
   えられるようにし、かつその周波数逓倍器の周波数逓倍
   率はその周波数逓倍器からのパルス列によつてインバー
   タが系統周波数に等しい出力周波数を持たされるよう選
   んだことを特徴とするインバータ出力電圧位相の調整方
   法。