JPS5953793B2 - 交流電動機の速度制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は交流電動機に給電する電力変換装置の電圧を過
電流制限付きの電圧閉ループ制御により調節し、かつそ
の電力変換装置の周波数を電圧実際値にほゞ比例させて
指令するようにした交流電動機の速度制御装置に関する
。

サイリスタなどの半導体可制御弁にて構成された自励イ
ンバータの如き電力変換装置にて交流電動機に給電する
場合に、電力変換装置の過負荷耐量を必要以上に大きく
しないためには、電力変換装置の電圧閉ループ制御に澤
電流制限制御ループを付加すると効果的である。

また交流電動機の空隙磁束をほゞ一定に保つためには、
電圧と周波数とに比例関係を持たせるべきである。自励
インバータの制御装置内の電圧周波数変換器に与える入
力電圧（周波数指令値）を電圧閉ループ制御のための電
圧目標値としても使用する場合には、定常状態では上述
の比例関係を得ることができるが、例えば電動機に過負
荷が加わつて電流制限ループが働らいた際に、その過負
荷が瞬間的であつても電動機がたちまち停止してしまう
という不都合がある。というのは、電流制限ループによ
り強制的に電圧の絞り込みが行なわれることによつて電
動機の速度が低下してスリップが増大し、その結果電動
機の動作点がトルク特性極性の不安定領域に入るからで
ある。つまり、電動機の動作点がこの不安定領域に入る
と、ますます速度が低下してスリップが大きくなり、遂
には電動機は停止してしまうというわけである。これに
対して冒頭に述べた形式の速度制御装置の場合には、周
波数指令値が電圧実際値に比例して与えられるので、過
電流制限ループが働らいて電圧が絞り込まれた際に、こ
れに応じて周波数指令値が低下させられるため、結果的
にスリツプの増大が抑制され、電動機の動作点の不安定
領域への移行が阻止される。

従つて、過負荷が瞬間的ならば、電動機速度が若干低下
する程度で過負荷が解除されれば直ちに元の速度に復帰
することができる。冒頭に述べた形式の速度制御装置は
、電動機の無用の停止をすくなくすることができる点で
有効ではあるが、比較的長い時間過負荷が加わつた場合
に、電動機が停止するのはやむを得ないとしても、過負
荷が解除されたとき、再起動に長い時間がかかつたり、
場合によつては再起動できないという不都合がある。

この原因は、後述するように過電流制限ループの存在の
ために十分な起動トルクが得られないというところにあ
る。また、このことは再起動に限らず、通常の起動の際
にも起り得ることである。本発明の目的は、電動機を停
止状態から起動ないしは再起動する際に、過電流制限ル
ープの作用５下にてできるだけ大きなトルクを電動機に
発生させることにより、確実かつ速やかなる起動を行な
えるようにすることにある。

この目的は、本発明によれば、冒頭に述べた如き交流電
動機の速度制御装置において、電動機を！停止状態から
起動ないしは再起動する際に、過電流制限値により決ま
るスリツプ周波数−トルク特性曲線上の最大トルク点の
近傍に電動機の動作点がくるように電圧実際値に補正量
を重畳して電力変換装置の周波数を指令するようにする
ことによｊつて達成される。

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図には、本発明による装置の実施例が示されている
。

可変速運転されるべき誘導電動機１の．固定子巻線に給
電する電力変換装置として自励インバータ２が使用され
ている。この自励インバータ２としては、例えばサイリ
スタ、フイードバツクダイオードおよび転流補助回路を
備えた公知の構成の電圧形インバータを使用することが
できる自励インバータ２の出力電圧は例えばそれの入力
電圧を変化させることによつて変化させることができる
。このために自励インバータ２の直流入力側は、平滑コ
ンデンサおよび平滑リアクトルを含む直流中間回路３を
介して、サイリスタ整流器４の直流出力側に接続されて
いる。この整流器４の交流入力側は３相交流電源系統５
に接続されている。整流器４の直流出力電圧は、例えば
電動機１の端子において変成器６、整流器（フイルタを
含む。

）７を介して検出された電圧実際値Ｖを電圧目標値Ｖ＊
に一致させるように作用する電圧調節器８によつて、点
弧角調整器９を介して制御される。この電圧調節器８を
含む電圧閉ループ制御系には電流調節器１０を含む過電
流制限ループが付加されている。電流調節器１０は、例
えばインバータ２の人力側で変流器１１を介して検出し
た電流実際値１を電流制限設定値１＊を上回らないよう
に（ダイオードリミツタ１２を介して）電圧調節器８の
出力制限を行なう。整流器７を介して得られた電圧実際
値Ｖは電圧周波数変換器１３へも導かれ、周波数指令値
となる。電圧周波数変換器１３の出力パルスはパルス分
配器（リングカウンタ）１４に与えられ、このパルス分
配器によりインバータ２内の個々のサイリスタに点弧パ
ルスが供給される。これによつてインバータ出力周波数
は電圧実際値Ｖに比例させられる。更に、本発明に従つ
て電圧周波数変換器の入力端において起動トルク増大の
ための補正量△Ｆが重畳される。

まず、補正量△Ｆを考えないで、運転中に過負荷が発生
した場合の動作について説明する。

過負荷発生によつて電流実際値１が増大して予め設定さ
れた制限値１＊を上回ると、今までダイオード１２によ
つて阻止されていた電流調節器１０の出力電圧が、ダイ
オード１２を介して優先的に点弧角調節器９に導かれる
。即ち、電圧調節器８の出力電圧の制限が行なわれ、整
流器４の出力電圧の絞り込みが行なわれる。これにより
電流実際値１がほ〜制限値１＊にとどめられる。このよ
うな電圧絞り込みによつて電圧検出器６，７から得られ
る電圧実際値Ｖが低下する。この電圧実際値の低下に応
じて電圧周波数変換器１３の出力周波数も、従つてイン
バータ２から電動機１への供給電圧の周波数も低下させ
られる。それ故、電圧絞り込みによつて電動機発生トル
クが減少して電動機速度が低下するにともなつてスリツ
プが増大するのが抑制される。このようにスリツプの増
大を抑制して電動機の動作点が不安定領域に入るのが極
力避けられる。しかしながら、なおかつ電動機発生トル
クを上回る負荷トルクが存在し続けるならば電動機の停
止を避けることはできない。過負荷により電動機が停止
している状態においては、電流実際値１は一定値１＊に
ある。

また、電圧実際値ｖは電動機１のインピーダンス電圧降
下に相当する値になつている。電動機インピーダンスは
既知のほ・゛一定値で、しかも電流実際値１が一定値１
＊であるので、この状態での電圧実際１値もほ・゛一定
の値である。従つて、停止中インバータ２から電動機１
への供給される電圧の周波数ｆもこのほぼ一定の電圧実
際値に比例したほ・゛一定値ＦＫとなる。この際、電動
機１のスリツプ周波数△ｆは△ｆ＝ＦＫ と表わすことができる。

更に、Ｉ＝Ｉ＊（＝一定）という条件下での電動機１の
スリツプ周波数−トルク特性曲線は第２図に示されてい
るように一義的に定まつていて、△ｆ＝△Ｆｍａｘにお
いて最大トルクＴｍａｘが得られる。

最大トル久Ｔ．ｒｌａｘを与えるすべり周波数△ｆ＝△
Ｆ．ｒ．ａｘから遠ざかるほど周波数発生トルクＴが減
少する。従つて、電動機が過負荷によつて停止させられ
ている状態におけるスリツプ周波数△ｆ＝ＦＫが△ｆ：
△Ｆｍａｘから離れすぎていると、過負荷が解除されて
も十分な起動トルクが得られないで、両起動に長い時間
がかかつたり、場合によつては再起動が不能なこともあ
る。そこで、本発明によれば、電動機の停止状態におけ
るスリツプ周波数が△ｆ＝△Ｆｍ，ｘの近傍内に存在す
るような電圧周波数変換器１３の入力端において付加的
な補正量△Ｖが重畳される。これにより最大トルクＴ．
ｎａｘにほ・゛等しい大きな起動トルクが得られるので
、確実かつ速やかなる起動が保証される。

電圧周波数変換器１３の入力端において電圧実際値Ｖに
重畳される△Ｖの極性は、電動機停止時にＩ＝Ｉ＊とい
う条件下において定まる電圧実際値Ｖによつて与えられ
るスリツプ周波数△ｆ＝Ｆぇが、第２図における△ｆ＝
△Ｆ．ｎ８Ｘのどちら側にあるかによつて決められる。

即ち、補正量△Ｖは、ＦＫ〉△Ｆｍ８ｘの場合には電圧
周波数変換器１３の出力周波数を減らす極性にて与えら
れ、逆にＦＫく△Ｆｎｌａｘの場合には電圧周波数変換
器１３の出力周波数を増す極性にて与えられる。また補
正量の大きさはＦＫ６△Ｆｍａｘとの差の周波数を電圧
周波数変換器の入力電圧に換算した値に定められる。こ
のようにして、過負荷が解除されたならば直ちに、Ｉ＝
Ｉ＊なる条件下での最大トルクＴｍａｘにて電動機の再
起動が開始される。

そして電流実際値１が制限値１＊を下回ると、電流調節
器１０による電流制限作用が解かれてゆき、電圧調節器
８による電圧閉ループ制御に移行し、電動機は加速され
て正常運転状態に復帰する。補正量△Ｖのインバータ出
力周波数への換算値はそのインバータ出力周波数の定格
値に比べれば一般には無視できる程度であるので、この
補正量△Ｖは常時与えておいてもさしつかえない。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明実施例を示すプロツク図、第２図は本発
明を説明するための補助図である。 １・・・交流電動機、２・・伯励インバー久４・・・サ
イリスタ整流器、５・・・交流電源、６・・・変成器、
７・・・整流器、８・・・電圧調節器、９・・・点弧調
整器、］０・・・電流調節器、１１・・・変流器、１３
・・・電圧周波数変換器、１４・・・パルス分配器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流電動機に給電する電力変換装置と、この電力変
   換装置の電圧の大きさを検出する電圧検出手段と、この
   電圧検出手段の出力信号を電圧実際値として受け取つて
   これを電圧目標値に一致させるよう電力変換装置を制御
   する電圧調節器と、電力変換装置の電流を検出する電流
   検出手段と、この電流検出手段の出力信号を電流実際値
   として受け取つて、交流電動機を停止状態から起動ない
   しは再起動する際に電力変換装置に本来流れる電流値以
   下に設定されている電流制限値をその電流実際値が上回
   つたとき前記電圧調節器よりも優先して電力変換装置に
   作用して電流を制限する電流調節器と、前記電圧検出手
   段の出力信号を周波数指令値として受け取つて電力変換
   装置の周波数を制御する周波数制御手段と、交流電動機
   を停止状態から起動ないしは再起動する際に前記電流制
   限値により定まるスリップ周波数−トルク特性曲線上に
   おける電動機の動作点が最大トルク点の近傍にあるよう
   に、補正量を前記電圧検出手段の出力信号に重畳して前
   記周波数制御手段に導く信号加算手段とを具備してなる
   交流電動機の速度制御装置。