JPS596156B2 - 無整流子電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は制御極付電気弁を用いた無整流子電動機の制御
装置に関するものである。

周知の如く同期速度で回転している同期電動機は逆誘起
電圧を発生するので、他励式インバータとして負荷転流
動作が可能であるが、起動時及び低速時には前述の逆誘
起電圧が少ないので転流動作が困難である。

このため直流電流を断続させ電流零期間に電気弁を切換
える断続起動方式が広く用いられている。

第１図は従来の続続起動方式による装置を示し、第１図
において、１は三相交流電源、２は同期電動機、３は制
御極付電気弁を三相ブリッジ結線した整流装置、４は制
御極付電気弁を三相ブリッジ結線したインバータ装置、
５は平滑リアクトル、６は整流装置３の点弧回路、Ｔは
インバータ装置４の点弧回路、８は同期電動機２の速度
に応じた信号を発生する速度発電機、９は位置検出器で
同期電動機２の界磁側回転子の位置により信号を発する
回路、１０は整流装置３に流れる電流を検出する交流変
流器、１１は整流装置３の出力を制御する制御回路、１
２は位置検出器９の信号を受けインバータ装置４の点弧
アームを決定する論理回路である。すなわち第１図の回
路構成においては、三相交流電源１の出力を整流装置３
により可変電圧の直流電源を作り、同期電動機２の界磁
側回転子の位置を位置検出器９により検出してインバー
タ装置４の点弧アームを決定し、同期電動機２の電機子
に交流電力を供給するものである。第２図は、この従来
の装置の直流回路に流れる電流を示す図である。

整流装置３を位相制御する事により、交流変流器１０に
て検出される電流を一定電流及び零電流の２段階に制御
するものでこの制御力式は広く知られている。この電流
零期間にインバータ装置４の点弧アームが切りかわるい
わゆる転流が行なわれるが、この時、同期電動機２に注
入される電流は零となるため、加速トルクの脈動が生じ
ると共に力Ｄ速力の低下となり急速度を得る事ができな
い。従つて、例えば、鉄調圧延機用電動機においては急
速な運転が要求されるため断続起動方式は好ましくない
。

更に断続運転では加速トルクの脈動のため機械系との共
振が生ずる危険性をもつているＯ本発明は、上記のよう
な従来のものの欠点を除去するためになされたもので、
電動機の加速トルクにおける脈動を少なくし、かつ急速
な力ｐ速が得られる無整流子電動機の制御装置を提供す
ることを目的とする。

以下本発明の一実施例を図に基づいて詳細に説明する。

第３図において、２０は三相交流電源、２１は同期電動
機、２２は電源変圧器、２３は変圧器２２の１次巻線、
２４及び２５は変圧器２２の２次巻線、２６は制御極付
電気弁を三相ブリツジ結線した第１の整流装置、２７は
匍卿極付電気弁を三相ブリツジ結線した第１のインバー
タ装置、２８は平滑リアクトルである。

２６，２７，２８は第１図に示された従来方式の構成と
同様な１群の変換装置を構成しており、今これをＨグル
ープと呼称するものとする。

２９は制御極付電気弁を三相ブリツジ結線とした第２の
整流装置、３０は匍脚極付電気弁を三相ブリツジ結線し
た第２のインバータ装置、３１は平滑リアクトルである
。

２９，３０，３１も同様に１群の変換装置を構成してお
り今これをＬグループと呼称するものとする。

３２は速度発電機、３３は位置検出器で同期電動機２１
の界磁側回転子の位置より信号を発する回路、３４はパ
ルス発生器で回転子が数角度回転するごとにベルス信号
を発生する回路である。

３５は速度制御回路、３６は速度基準器、３７は演算増
巾器で基準信号と速度発電機３２の出力をつきあわせる
ものである。

３８は整流装置２６を点弧制御する第１の整流装置用の
点弧回路、３９は第１のインバータ装置２７のを点弧制
御する第１のインバータ用点弧回路、４０は位置検出器
３３の信号を受け第１のインバータ装置２７の点弧アー
ムを決定する論理回路である。

４１はＨグループの電流を測定する交流変流器、４２は
Ｈグループの電流制御回路、４３は位置検出器３３及び
パルス発生器３４の信号を受けＨグループに流れる電流
波形を決定する第１の電流パターン回路、４４は速度制
御回路３５よりの電流基準値と第１の電流パターン回路
４３よりの電流パタンを掛け合せる第１の掛算器である
。

４５は変流器４１よりの電流検出値と４４の電流指示値
をつき合せる演算増巾器である。

４６は第２の整流装置２９を点弧匍脚する第２の整流装
置用点弧回路、４７は第２のインバータ装置３０を点弧
制御する第２のインバータ用点弧回路、４８は位置検出
器３３の信号を受け第２のインバータ装置３０の点弧ア
ームを決定する論理回路である。

４９はＬグループの電流を測定する交流変流器、５０は
Ｌグループの電流制御回路、５１は位置検出器３３及び
パルス発生器３４の信号を受けＬグループに流れる電流
波形を決定する第２の電流パターン回路、５２は第２の
掛算器、５３は演算増巾器である。

このＬグループの電流匍御回路５０はＨグループの電流
制御回路４２と同様の構成である。次に動作について説
明する。

交流電源２０の交流電圧は変圧器２２により変圧され、
第１及び第２の整流装置２６及び２９に印加され、点弧
回路３８及び４６の制御によつて直流電圧に変換される
。

これにより直流電流Ｉｄ−０及びＩｄ−Ｌが各整流装置
２６，２９の出力側に流れる。直流電流ｄ−Ｈ及びＩｄ
−Ｌは、更に第１及び第２のインバータ装置２７及び３
０により３相交流の電流１Ｒ−Ｈ及びＲ−Ｌ（Ｒ相電流
のみ表示）に変換されて同期電動機２１に供給される。
同期電動機２１の回転位置は位置検出器３３により検出
され、その出力信号がパルス発生器３４によりその回転
の１゜毎に１パルス発生する形式のパルス信号に変換さ
れ、第１及び第２の電流パターン回路４３及び５１に供
給される。一方、同期電動機２１の回転速度は速度発電
機３２により検出され、演算増幅器３７に供給される。
Ｈグループ及びＬグループは同一構成であり、出力電流
の位相が互に９００異なるように制御されるたけなので
、以下Ｈグループについて説明すると、第１の電流パタ
ーン回路４３は、位置検出器３３の出力信号及びパルス
発生器３４のパルス信号を時間軸に対応されたＹ及びＸ
軸のアドレス信号とし、内部のメモリを読み出し、これ
によつて読み出したデータからアナログの正弦波からな
る電流パターン信号を形成して第１の掛算器４４に供給
する〇一力、演算増幅器３７は速度発電機３２の出力信
号と速度基準器３６の速度基準信号とを比較し、両者間
の差信号を第１の掛算器４４に入力する。第１の掛算器
４４は第１の電流パターン回路４３の電流パターン信号
と演算増幅器３７の差信号との積をとり、その結果の信
号を第１の掛算器４４に入力する。第１の掛算器４４は
演算増輻器３７の信号と第１の電流パターン回路４３の
電流パターン信号とを掛け合也その結果の信号を演算増
幅器４５に入力する。演算増幅器４５は第１の掛算器４
４の信号と交流変流器４１の出力信号との差をとり、こ
れによる信号を第１の整流装置用点弧回路３８に供給す
る。この第１の整流装置用点弧回路３８は演算増幅器３
７の信号が零となるように交流変流器４１の出力信号に
従つて第１の整流装置２６の各制御極付電気弁の点弧位
相を制御し、第４図ａに示すような直流電流１ｄ−Ｈを
流す。同様にして、Ｌグループの第２の整流装置２９に
より第４図ｃに示す直流電流１ｄ−Ｌを流す。更に、位
置検出器３３の出力信号は論理回路４０及び４８に供給
されている。

これにより、論理回路４０及び４８は位置検出器３３の
出力信号に従い、第４図ｂ及びｄに示すような位相対応
でもつて第１及び第２のインバータ装置２７及び３０に
おける各制御極付電気弁の点弧を遂次制御すべく、選択
結果を出力する。この選択結果に従い、第１及び第２の
インバータ用点弧回路３９，４７は点弧信号を発生し、
これによつて第１及び第２のインバータ２７及び３０に
おける各制御極付電気弁の点弧を遂次制御する。この際
、各々第４図ａに示す直流電流ｄ？Ｈの零点Ｔ２，ｔ４
，ｔ６・・・及び第４図ｃに示す直流電流１ｄ−Ｌの零
点Ｔｌ，ｔ３，ｔ５・・・において、各インバータ２７
，３０のサイリスタのターンオフタイム（約４００μＳ
ｅｃ程度）以上の一定期間（約２ｍｓｅｃ程度）、直流
電流１ｄ−Ｈ，Ｉｄ−１が完全に零となるよう第１、第
２の整流装置２６，２９よりＦｂｌ脚されているので、
第１、第２のインバータ２７及び３０の相間転流は完全
に行なわれる。第１及び第２のインバータ２７，３０の
出力電流は、例えばそれぞれＲ相電流１Ｒ−Ｈ，ＩＲ−
１を第４図ｅ１第４図ｆに示す如くとなる。そして、同
期電動機２１の電機子のＲ，Ｓ，Ｔ相にはインバータ２
７，３０のＲ，Ｓ，Ｔそれぞれの相電流を合成した電流
が供給される。第４図ｇは同期電動機２１のＲ相の電流
を示し、これは第４図Ｅ，ｆの電流の合成したものであ
る。次に第４図について説明すれば、ａはＨグループの
直流電流ｄ−Ｈの時間的変化を示しており、ｂはＨグル
ープの第１のインバータ２７の点弧アーム名を示してお
り、ｃはＬグループの直流電流ｄ−Ｌの時間的変化、ｄ
はＬグループの第２のインバータ３０の点弧アーム名、
ｅはＨグループの第１のインバータ２７より流出するＲ
相電流ＩＲ−Ｈ，．ｆはＬグループの第２のインバータ
３０より流出するＲ相電流１Ｒ−ぃｇは電動機２１のＲ
相電流１ＲでＲ−Ｈ（５１Ｒ−Ｌの合成電流を示してい
る。

ｇ図に示された時点ｔ１〜Ｔ７は電動機電圧サイクルを
６０゜間隔で区切られたものである。すなわち時点Ｔ，
は界磁回転子の移動により電動機２１の逆起電圧の極性
が反転する時点であり、時点Ｔ４は半サイクル後の時点
、時点Ｔ７は１サイクル後の時点である。これら時点は
電動機の構造により幾何学的に決定されるものであり、
位置検出器３３により容易に検出できる。今電動機側の
角周波数をωとし、時点Ｔ，を基点として各波形を考え
てみる。波形ａ及びｅは６０゜ごとに増加、減少をくり
返し、しかも波形ａ（５ｃは位相が９０゜ずれている。
すなわちＨグループの電流が極大の時、Ｌグループの電
流は零であり、Ｈグループの電流が零の時、Ｌグループ
の電流は極大となる。この事は電動機に注入される電力
が連続する事を意味しているが、電流パターンとインバ
ータの点弧アームを順序ずける事により電動機２１に流
入される電流が正弦波となり全くトルクリツプルのない
良好な加速トルクを与える事ができる。ｔ１〜Ｔ２の時
点においてはＨグループの電流は正弦波の１２０゜より
１８０゜の波形即ちＩｓｌｎ（ωｔ＋１２００）におい
てωｔ＝０゜よりωｔ二６『までの波形にて制御される
。Ｌグループの電流は正弦波の００より６０゜の波形即
ちＩＳｌｌｌωｔにおいてωｔ＝００よりωｔ＝６０形
まで制御される。この電流は第１、第２の整流装置２６
及び２９の位相制御により電流パタンに対応して流され
る。電流パターン信号は位置検出器３３及びパルス発生
器３４の信号によりパターン発生器４３及び５１により
作る。パルス発生器３４は回転子の回転に応じてパルス
を発生する回路であるが、今電動機側１サイクルに３６
０パルス発生するものと考えてみると、電動機が１度回
転するごとに１パルス発生する。第４図ｂ及びｄに示さ
れる如くＨグループの第１のインバータ２７はアームＷ
ＨとＹＨが導通しており、Ｌグループの第２のインバー
タ２９ではアームＵＬとＹＬが導通している。

従つてｔ１よりＴ３間ではＲ相電流はＨグループから流
出する電流はなく、Ｌグループより流出する電流１Ｒ−
Ｌがそのまま電動機電流１Ｒとなる。なお各電流の振巾
値１は速度制御回路３５の出力により決められるもので
ある。次にＴ２よりＴ３までの時点を考える。

この区間ではＨグループの電流はＩＳｌｌｌ（ωｔ−６
０゜）のωｔ＝６０゜よりωｔ＝１２００の波形で制御
され、Ｌグループの電流はＳｌｎ（ωｔ＋６００）のω
ｔ＝６０ルよりωｔ＝１２０ｎの波形で制御される。第
４図ｂ及びｄに示される如くＨグループの第１のインバ
ータ２７はアームＵＨ（！：．ＺＨが導通しており、Ｌ
グループの第２のインバータ２９のアームＵＬとＹＬが
導通している。従つてＨグループより流出するＲ相電流
１Ｒ−Ｈはｅとなり、Ｌグループより流出するＲ相電流
Ｒ−Ｌはｆとなり、電動機電流ＩＲは両者の合成値とな
る。この合成値はＩｓｌｎ（ωｔ−６０な）Ａ−Ｉｓｌ
ｎ（ψｔ＋６００）＝Ｊｓｌｎωｔとなる。

次にＴ３よりＴ４までの時点を考える。

この区間ではＨグループの電流はＳｌｎ（ｌ）ｔのωｔ
＝１２０゜とωｔ＝１８０゜の波形で制御され、Ｌグル
ープの電流はＩｓｌｎ（ωｔ−１２００）のωｔ＝１２
００よりωｔ＝１８０ｎの波形で制御される。ｂ及びｄ
に示される如くＨグループのインバータ２７はアームＵ
ＨとＺＨが導通しており、Ｌグループのインバータ２９
はアーム１とＺＬが導通している。この時間にはＨグル
ープより流出するＲ相電流ＩＢ−Ｈはｅに示す如く流れ
るが、Ｌグ）レープより流出する電流はなく電動機電流
１Ｒはｇに示される如くＩＲ−Ｈと等しくなる。以上ま
とめて、ｔ１〜Ｔ４までの電動機電流Ｒの波形ｇを考え
ると、半サイクル間完全な正弦波電流となつている事が
わかる。

Ｔ４よりＴ７までの期間においても同様の回路動作をさ
せる事により正弦波電流を電動機電機子に流入させてい
る。Ｓ相、Ｔ相においても本匍御方式により正弦波電流
が電動機に流れており、この電流は電動機の逆誘起電圧
と位相が反期している。従つ この同期電動機は完全な
三相交流により駆動されている事になり、加速トルクは
リツプルのないものとなり、速度制御回路３５より決定
される速度偏差に比例して制御されることになる。速度
偏差信号は極大値におさえられている場合は、電動機電
流は最大電流に制御され、電動機は最大トルクで加速さ
れる事になる。以上一実施例を用い詳述したようにこの
発明によれば、２相の電力変換装置の組み合わせにより
トルクの脈動がなく急速な加速度が可能な無整流子電動
機の制御装置を得ることができるものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来の無整流子電動機のシステム概要を示す構
成図、第２図は従来の断続起動方式における直流電流の
経過を示す波形図、第３図は本発明の一実施例の構成を
示す構成図、第４図は本発明の各部電流経過を示す波形
図である。 図中、２０は電源、２１は同期電動機、２２は電源変圧
器、２６は第１の整流装置、２７は第１のインバータ装
置、２９は第２の整流装置、３０は第２のインバータ装
置、３２は速度発電機、３３は位置検出器、３４はパル
ス発生器、４３，５１は第１、第２の電流パターン回路
、４４，５２は第１、第２の掛算器、３８，４６は第１
、第２の整流装置用点弧回路、３９，４７は第１、゛第
２のインバータ用点弧回路である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 無整流子電動機に接続されその回転位置を表示する
   回転位置信号を発生する回転位置検出器と、上記無整流
   電動機に接続されその回転速度を表示する速度信号を発
   生する速度発電機と、上記速度信号と所定の速度基準信
   号との差信号を発生する速度制御回路と、交流電源から
   の交流電気量を直流電気量にそれぞれ変換する複数の制
   御極付電気弁よりなる第１及び第２の整流装置と、この
   第１及び第２の整流装置の直流出力を交流電気量に変換
   するようそれぞれ構成され、かつ出力端が互いに共通接
   続されて無整流子電動機の電機子に接続された複数の制
   御極付電気弁よりなる第１及び第２のインバータと上記
   回転位置信号に従い、上記第１及び第２の整流装置がそ
   れぞれ出力すべき直流電流の予め記憶した電流パターン
   信号をそれぞれ読み出す第１及び第２の電流パターン回
   路と、上記各電流パターン信号と上記差信号との積をそ
   れぞれとる第１及び第２の掛算器と、上記各掛算器の出
   力信号及び上記交流電源の電流信号との差信号に基づい
   て上記第１及び第２の整流装置の制御極付電気弁をそれ
   ぞれ互に９０°の位相差をもつて点弧制御する第１及び
   第２の整流装置用点弧回路と、上記回転位置信号に従い
   上記第１及び第２のインバータの制御極付電気弁をそれ
   ぞれ制御する第１及び第２のインバータ用点弧回路とを
   備えた事を特徴とする無整流子電動機の制御装置。