JPS5947956B2 - 無整流子電動機の制御方法 - Google Patents

無整流子電動機の制御方法

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JPS5947956B2
JPS5947956B2 JP52145027A JP14502777A JPS5947956B2 JP S5947956 B2 JPS5947956 B2 JP S5947956B2 JP 52145027 A JP52145027 A JP 52145027A JP 14502777 A JP14502777 A JP 14502777A JP S5947956 B2 JPS5947956 B2 JP S5947956B2
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thyristor
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    • 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
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • 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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    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
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    • H02P25/034Voice coil motors

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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Inverter Devices (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無整流子電動機の制御方法に係り、特に力行運
転モードと回生運転モードとの間のモード切換時の動作
特性を改良した無整流子電動機の制御装置に関する。
圧延機のように、電動機の力行運転と回生運転とをひん
ぱんに切換えて運転する場合には、従来は、直流電動機
に流れる電流が切換時に一度零になるように、交流電源
からサイリスタ変換器を介して上記の電動機に与える電
圧を制御していた。
第1図は、上記のような従来の制御方法を用いた制御装
置の例を示すブロック図である。第1図において、サイ
リスタ変換器3または4は、力行運転時には交流電源1
からの電力を整流して、平滑リアクトル5を介して直流
電動機6に直流電力を供給し、また回生運転時には直流
電動機6からの直流電力を交流に変換して電源1へ回生
する。電流検出回路8は交流変流器2を介して交流電流
を検出する。速度検出器Tの出力と電動機の速度を指令
する指令回路14の出力とは速度制御回路13に加えら
れ、電動機6の速度を指令回路14の指令値になるよう
制御される。電流制御回路11は電動機6に流れる電流
を制御し、切換回路12は、電動機6の発生トルク切換
時に、サイリスタ変換器3および4の点弧角を制御する
ゲート回路9および10の停止および発生を制御する。
バイアス待期回路15は、電動機6の発生トルク切換時
に、むだ時間を少なくするように、次に点弧されるゲー
ト回路9または10の指令値にバイアスを加えるもので
ある。第2A図〜第2C図は、第1図の従来例の切換時
の主回路動作を示す図である。
まず、第2A図のように、変換器3が制御され、正トル
クを発生していたとする。すなわち電力は交流電源1か
らサイリスタ変換器3を通して直流電動機6に供給され
ている。変換器3の直流出力電圧Valは直流電動機6
の端子電圧EDより大きいため直流電動機6に電流が矢
印のように流れている。ここで、直流電動機の発生トル
クを逆にする場合、第2B図のようにサイリスタ変換器
3のゲート信号の位相制御を行ない、変換器3の出力電
圧がVa2の電圧となるようにする。この電圧Va2は
直流電動機6の端子電圧EDとは逆向きの電圧である。
この状態で運転していると、いままで流れていた電流は
急速に小さくなり零となる。そこで電流が零になつたの
をみてから次の第2C図のモード、すなわち、サイリス
タ変換器3のゲート信号を停止し、変換器4のゲート信
号を発生し、その出力を電動機6の端子電圧EDより小
さくかつ同極性の電圧Va3となるよう制御する。した
がつて、電流は第2A図のモードと異なつた方向となり
、発生トルクが逆とされる。このように、発生トルクを
逆に切換える場合は、第2B図のモード、すなわち電流
を減少して零にするモードが必要である。次に、以上の
ような制御のための第1図の制御回路の動作を第3、4
図のタイムチヤートにより説明する。ただし、第4図は
第3図のZ1、Z2の部分の拡大図である。まず、運転
指令により指令回路14の出力SBが零よりNOになる
と、速度制御回路13および電流制御回路11で演算が
行なわれ、電動機6に加速電流が流れ、速度がNOにな
るまで加速される。このとき、切換回路12の出便Aお
よびCが“゜1”となつており、サイリスタ変換器3が
点弧制御されている。ただし、信号Aはサイリスタ変換
器3を運転、停止する信号、信号Bはサイリスタ変換器
4を運転、停止する信号、信号Cは電流制御回路の入力
信号の極性を切換える信号、信号Dはバイアス待期回路
をオンオフする信号である。ここで指令回路出力SRが
NOからN1と小さくされると、逆トルクを発生するた
め、電流制御回路11の出力Vcaは図のように時刻t
1よりV。ctlからVca2に変化し、第2B図のモ
ードとなつて電流1aが減少し、時刻T2で電流が零と
なる。そうすると切換信号Dが“1″となり、バイアス
待期回路15がオンとなり、電流制御回路11の出力は
速度に応じたVO(X3に変化する。さらに電流が零に
なつてから、一定時間T,後にサイリスタ変換器4を停
止している切換信号Bが“1”に変化するとともに、電
流制御回路の入力信号の極性が切換えられ、かつバイア
ス待期回路15をオフにするように信号Dが“0゛に切
換えられる。ここで電流が零になつてから一定時間Td
後にサイリスタ変換回路4をオンにするのはサイリスタ
変換回路3と4とが同時に動作して短絡するのを防止す
るためである。このようにして減速電流が流れ始め、電
動機6は減速される。さらに、時刻T4において速度指
令がN2に変えられたとすると、電流制御回路11の出
力VcaはVCa2となり、電流が減少し始め、時刻T
5で電流が零となり、サイリスタ変換器4を停止するよ
うに信号Bが“1”から“0゛に変化し、また,信号D
は“0゛から“1゛と変化し、電流制御回路出力は速度
に応じたVCa4へと変化し、Td時間後サイリスタ変
換器3を停止から運転にする信号Aが“1゜゛となると
同時に電流がすぐ流れだすような値に待期している。
以上のように、直流電動機を用いた従来の制御方法では
、電流の流れる方向が発生トルクにより変化するため、
切換時には必らず電流を一度零にする必要があり、その
ためには電動機および平滑リアクトルなどのインダクタ
ンスのため時間がかかつた。
さらにサイリスタ変換器3と4とが同時に動作しないよ
うに一定時間だけ両変換器を停止する時間も必要であつ
たため、発生トルクを切換えるのに一定の時間がかかり
、例えば圧延機の場合には80〜150ミリ秒くらいの
むだ時間が生じるという欠点があつた。本発明の目的は
、上記した従来技術の欠点をなくし、トルク方向の切換
に要する時間を大幅に短縮できるような無整流子電動機
の制御装置を提供するにある。
上記の目的を達成するために、本発明においては、無整
流子の交流電動機を交流一交流変換(周波数および電圧
変換)を行なうサイリスタ変換器を介して駆動するよう
にするとともに、トルク方向の切換時には、まず電力流
入側にあつたサイリスタの点弧角を順変換領域から逆変
換領域に切換え、しかるのちに電力流出側にあつたサイ
リスタの点弧角を逆変換領域から順変換領域に切換え、
かくしてトルク方向を逆転するように制御することを特
徴としている。
以下、本発明の詳細を実施例により説明する。
第5図は、本発明に係る無整流子電動機の制御方法の一
実施例を用いた制御装置を示すブロツク図である。第5
図において、電動機は交流型の無整流子電動機22が用
いられている。サイリスタ変換器20は、一定の周波数
および電圧を有する交流電源1の出力を可変電圧の直流
に変換するか(力行時)、あるいはその逆の変換動作を
行ない(回生時)、サイリスタ変換器21は、可変電圧
の直流を可変の電圧および周波数を有する交流に変換し
て電動機22に供給する(力行時)か、あるいはその逆
の変換動作(回生時)を行なう。電動機22には位置検
出器23が直結され、また速度検出器Tも連結されてい
る。ゲート回路9はサイリスタ変換器20のサイリスタ
の点弧制御、すなわち電源側制御角αを制御し、ゲート
回路24はサイリスタ変換器21のサイリスタの点弧制
御、すなわち電動機側制御角βを制御し、これらのゲー
ト回路9および24は無整流子電動機22の零〜定格周
波数で動作する可変周波自動パルス移相器を内蔵してい
る。制御回路25は本発明の特徴とする回路で、その詳
細は後述する。第6A図〜第6C図、および第TA図〜
第TC図は、上記の実施例の主回路動作を説明するため
の図であり、第6A図〜第6C図は正トルク発生時から
逆トルクへの切換動作を示し、第1A図〜第7C図は逆
トルク発生時から正トルクへの切換動作を示したもので
ある。
正トルクから逆トルクに切換時には、第6A図のように
、サイリスタ変換器20の直流出力はVaIの電圧で、
サイリスタ変換器21の直流入力はVsl(<VaI)
の電圧で、変換器20は順変換運転、変換器21は逆変
換運転され、電力は交流電源1より無整流子電動機22
に供給されている。
この状態から逆トルクに切換えるにはまず、サイリスタ
変換器20の直流電圧を第6B図のように逆極性のVa
2に変え、サイリスタ変換器20の直流電圧Va2が逆
極性となつたのを確認して、サイリスタ変換器21の直
流電圧をV.lとは逆極性のV.2に、すなわち第6C
図のように変える。ここでVs2>Va2で、変換器2
0は逆、変換器21は順変換運転となる。したがつて、
平滑リアクトル5を流れる電流の方向は同じであるが、
電力は無整流子電動機22から交流電源に供給される逆
トルク運転に切換えられる。一方、逆トルク運転(第7
A図)より正トルク運転に切換える場合は、サイリスタ
変換器21の直流電圧V,2をまず、第TB図に示すよ
うに、逆極性の電圧V,lに変え、サイリスタ変換器2
1の直流電圧が逆極性になつたのを確認し、サイリスタ
変換器20の直流電圧を、第7C図のように、逆極性の
VaIに変える。
ここでVaI>Vslであつて、電流の方向は変わらな
いが、電力は交流電源より無整流子電動機22に供給さ
れる正トルク運転に切換えられる。このように電流の流
れる方向を変えず、サイリスタ変換器20および21の
直流電圧の極性を変えて正トルク、逆トルクの切換えを
行えるため、短時間の切換えが可能である。
次に本発明の特徴とする制御回路25の詳細な動作を、
第8、9図のブロツク図、および、動作タイムチヤート
(第10〜12図)を用いて説明する。
速度演算回路101は、指令回路14の出力SRと速度
検出器Tの出力SFとを入力とし、無整流子電動機22
の速度がSRとなるように演算する。
反転回路102は、速度演算回路101の出力の極性を
反転し、その出力は逆トルク発生時に使用される。切換
回路103は、速度演算回路101の出力と反転回路1
02の出力が入力さわ、正トルク時に速度演算回路10
1の出力をそのまま出力し、逆トルク時に反転回路10
2の出力を出力する。その切換は切換信号Taにより行
なわれる。電流演算回路104は切換回路103の出力
である電流指令信号と電流検出回路8の出力IFBとが
入力され、速度偏差SR−SFに応じた電流を流すよう
演算され、ゲート回路9の入力信号であるVcaを出力
する。また、電流演算回路104の出力Vcaの最小値
が速度に応じた値となるよう制御するため絶対値回路1
05が設けられており、この絶対値回路105の出力1
SFIに基づいて形成された。aによつてVcaの最小
値が速度に応じた値とされる。これは、サイリスタ変換
器21の制御進み角が電動機22の逆起電力による転流
可能な値以上とする必要があるため、および発生トルク
が制御進み角の小さい方が大きくなるため等の理由によ
つている。一方、速度検出器7の出力SFは、絶対値回
路105に入力されて絶対値信号1SF1になる。
関数発生回路106は、所定の速度1SF0I(5%〜
10%速度、第10図のt1、あるいは第12図のTl
O部分)までは出力が零で、この値をこえると、(VO
:定数であつて、サイリスタ変換器21が無整流子電動
機22の逆起電力で転流可能な最小進み制御角を与える
ための信号値、k:比例定(代)を出力する。
反転回路113は関数発生回路106の出力の極性を反
転し、l豐9慟′こ を出力する。
バイアス回路109は負の電圧一V1を、バイアス回路
110は正の電圧V2を加算回路107、108の各々
に入力する。加算回路107はバイアス回路109と関
数発生回路106の出力を加算し、正トルク発生時のゲ
ート回路24の入力値である(VO+KIlSFOl−
V1)を出力する。加算回路108はパイアス回路11
0と反転回路113の出力を加算し、逆トルク発生時の
ゲート回路24の入力値である(2−o−k●1SF0
;を出力する。切換回路111は正トルク、逆トルクの
切換信号Tβにより、正トルク時は加算回路107から
の入力を、逆トルク時は加算回路108からの入力を切
り換えて出力する。演算回路112は切換回路111の
出力を入力とし、ゲート回路24の入力信号VOβを出
力する。第9図は、第8図の切換信号Ta・Tβを発生
するための、切換信号発生部(制御回路25に含まれる
)の構成例を示すプロツク図である。
第9図において、波形整形回路201は速度演算回路1
01の出力T″の正、負を検出する回路であり、逆トル
ク時″F゛の出力TBを発生する。反転回正トルク時“
1゛の出力Tを発生する(第10図.第11図のT2以
前、あるいは第12図のTll〜Tl5)。記憶回路2
06は、指令回路14の出力SRが正から負にかわり、
かつ速度の絶対値1SF1が零になつた時、出力が″1
′2から4′『”と変わる信号Fを発生し(第12図の
T9)、指令回路14の出力SRが負から正にかわつた
時も速度の絶対値1SF1が零になつた時、出力が“゜
1”から“0゛と変わる信号Fを発生する(図示せず)
。信号Fは正転のとき“1″である。反転回路202は
記憶回路206の出力信号Fの反転信号FBを作る。検
出回路207は電流演算回路104の出力Vc.aが負
の電圧e1(この電圧e1はサイリスタ変換器20が順
変換領域となる電圧のことであり、αが90が〜150
域相当の電圧のこと)以下となつたことを検出し(第1
0図、第11図のT3、あるいは第12図のTl2)、
e1以下で“1゛となる信号Aを発生する。すなわ\出
力Vc.aが負の電圧e1となつたことを検出し確認し
てから出力Vcaを切り換える。検出回路208は演算
回路112の出力V。βが正の電圧E2(この電圧E2
は正転時にサイリスタ変換器21が逆変換領域となる電
圧、あるいは逆転時に順変換領域となる電圧のこと)に
なつたことを検出し(第10図、第11図のT5、ある
いは第12図のTl3)、正の電圧E2以上では661
″となる信号B1を発生し、反転回路204はその信号
B1の反転信号BB2を発生する。検出回路209はV
。βが負の電圧E3(この電圧E3は正転時にサイリス
タ変換器21が順変換領域となる電圧、あるいは逆転時
に逆変換領域となる電圧のこと)になつたことを検出し
(第10図、第11図のT4、あるいは第12図のTl
4)、負の電圧E3以上では“1゛となる信号B2を発
生する。反転回路205はその信号B2の反転信号BB
2を作成する。NOR回路210は前記信号T、FB,
.A,.Bl、B2の5つのNORをとる回路で、第1
0図、第11図に示すように、正転時の正トルクから逆
トルクに切換え時に反転回路203の出力Tが“15゛
から1『゛に変つてから検出回路207の出力Aが6『
゛から“1゛に変わるまでの時間(第10図、第11図
のT2〜T3の間)“1”となる信号を発生する。NO
R回路211は前記信号TB.F.A、BBI、BB2
の5つをNORする回路で、第12図に示すように、逆
転時の逆トルクから正トルクに切換え時に反転回路20
3の出力Tが““0’’から“’1’’に変つてから検
出回路20Tの出力Aが’“0’’から“’1’’に変
わるまでの時間(第12図のTll〜Tl2の間)’“
1’’となる信号を発生する。
NOR回路212はNOR回路210および211の出
力をNORする回路で、前記NOR回路210あるいは
211の出力が“’1’’のとき’“0’’となる信号
を発生する。切換回路215は、NOR回路212の出
力が““1’’のとき反転回路203の出力Tを、NO
R回路212の出力が’゛0’’のとき波形整形回路2
01の出力TBを出力信号Tβとして出力する。この信
号Tβは、第10〜12図に示すように、反転回路20
3の信号Tが変わつてかつ検出回路20Tの信号Aが変
わつてから変わる(第10図、第11図のT3およびT
6、あるいは第12図のTl2およびTl5)。反転回
路216は上記の信号Tβの反転信号を作り、これと信
号BB2とがNOR回路213でNORされ、NOR回
路213の出力は正転、逆転とも第10〜12図のよう
に、反転回路216の出力Tβが““0’’から“’1
’’に変わつて(逆トルクから正トルクに変わる時)か
ら、検出回路209の出力B2が““1’’から’“0
’’に変わる(VcβがE2以下になるまで)までの時
間(第10図、第11図のT6〜T8の間、あるいは第
12図のTl2〜Tl4の間)“’1’’となる信号を
発生する。
NOR回路214は、NOR回路213の出力と信号B
1とをNORし、第10〜12図のように、VcβがE
2以上に変わつた時(第10図、第11図のT5、ある
いは第12図のTl7)゛“0’’に変わり、Vcβが
E3以下に変わつたとき(第10図、第11図のT8、
あるいは第12図のTl4)““1’’に変わる信号T
aを作成する。杖上説明したように、正転時に正トルク
から逆トルクに変るとき(第10図、第11図のT2)
、あるいは逆転時と逆トルクから正トルクに変るとき(
第12図のTllには、Vcaの領域を切り換え、Vc
aが電圧elに達したことを検出し確認してから(第1
0図、第11図のT3、あるいは第12図のTl2)、
wβの領域を切り換えている。また、正転時に逆トルク
から正トルクに変るとき(第10図、第11図のT6)
、あるいは逆転時に正トルクから逆トルクに変るとき(
第12図のTl5)にはWβの領域を切り換え、wβが
E3に達したこと(第10図、第11図のT8)、ある
いはwβがE2に達したこと(第12図のTl7)を検
出してVcaの領域を切り換るものである。以上が第5
図の実施例の詳細な説明であるが、第13図は、その実
施例に改良を加えた別の実施例を示すプロツク図である
。第13図において、アナログスイツチ118は力行時
(正転の正トルク、あるいは逆転の逆トルク発生時)に
オンし、電流信号IFBを加算回路IOTに加算し、ま
た反転回路120により極性反転した信号− IFBを
加算回路108に加算する。アナグロスイツチ119は
、回生時(正転の逆トルク、あるいは逆数の正トルク発
生の運転時)にオンし、電流信号IFBを加算回路10
8に加え、また反転回路121による極性反転信号一エ
FBを加算回路107に加算する。このようにし、電流
に応じて演算回路112の出力wβを変化させ、サイリ
スタ変換器21の制御進み角βを大きくすることによつ
てサイリスタ変換器20、21の転流失敗を防止するよ
うな効果を有せしめたものである。第14図は本発明の
他の実施例を示す図である。
この実施例では、電圧および周波数が一定の交流(電源
側)とそれらがともに可変の交流(電動機側)との間の
双方向変換を1つのサイリスタ変換器(サイクロコンバ
ータ)302で行なつており、このため平滑リアクトル
301が各相に設けられ、またゲート回路9および24
の出力のアンドをゲート回路303でとつている点が、
第5図の実施例とは異なるが、制御方法としては同様で
ある。以上の説明から明らかなように、本発明によれば
、サイリスタ変換器からの直流側電圧が順変換領域で運
転されるために必要な電圧値となつているかを確認する
だけで発生トルクを切換えることができ、この変化は流
れる電流が零になるに要する従来のむだ時間よりも極め
て小さいから、トルク切換に要する時間を極めて小さく
できるという効果がある。
【図面の簡単な説明】
第1図は従来例のプロツク図、第2A図〜第2C図は従
来例の切換時の主回路動作図、第3図は従来例のタイム
チヤート図、第4図は第3図の拡大図、第5図は本発明
の一実施例の全体ブロツク図、第6A図〜第6C図は正
トルクから逆トルクへの切換の主回路動作図、第7A図
〜第7C図は逆トルクから正トルクへの切換の主回路動
作図、第8図は制御回路の詳細プロツク図、第9図は制
御回路の切換信号発生部の詳細プロツク図、第10図は
正転時のタイムチヤート図、第11図は第10図の拡大
図、第12図は逆転時のタイムチヤート図、第13図お
よび第14図は他の実施例のプロツク図である。 1・・・交流電源、20、21.302・・・サイリス
タ変換器、22・・・無整流子電動機、9、24、30
3・・・ゲート回路、25・・・制御回路。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 1 周波数および電圧を変換するためのサイリスタ変換
    器を介して接続された定流電源と無整流子電動機とを有
    し、上記無整流子電動機に、上記交流電源が電源側かつ
    上記無整流子電動機が負荷側となる力行運転と上記交流
    電源が負荷側かつ上記無整流子電動機が電源側となる回
    生運転とを行なわせるように上記サイリスタ変換器を制
    御する無整流子電動機の制御方法において、上記力行運
    転から上記回生運転へ、あるいは上記回生運転から上記
    力行運転へのトルク方向反転時に、上記サイリスタ変換
    器のうちの一方の順変換領域にあつたサイリスタ変換器
    の点弧角を逆変換領域に切換え、上記一方の順変換領域
    にあつたサイリスタ変換器の出力電圧あるいは出力電圧
    を制御するための位相信号が逆変換領域動作になつたこ
    とを確認してから上記サイリスタ変換器のうちの他方の
    逆変換領域にあつたサイリスタ変換器の点弧角を順変換
    領域に切換えて、上記電源側のサイリスタ変換器と上記
    負荷側のサイリスタ変換器との動作をそれぞれ入れ替え
    てトルク方向が反転するように制御することを特徴とす
    る無整流子電動機の制御方法。 2 特許請求の範囲第1項記載の無整流子電動機の制御
    方法において、前記サイリスタ変換機で行なう交換を、
    第1のサイリスタ変換器で交流−直流の双方向変換を行
    なわせ、かつ第2のサイリスタ変換器で直流−交流の双
    方向変換を行なわせることを特徴とする無整流子電動機
    の制御方法。 3 特許請求の範囲第1項記載の無整流子電動機の制御
    方法において、前記サイリスタ変換器で行なう変換を、
    サイクロコンバータで交流−交流変換を行なわせること
    を特徴とする無整流子電動機の制御方法。
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