JPS60219994A - 誘導電動機の制御装置 - Google Patents

誘導電動機の制御装置

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Publication number
JPS60219994A
JPS60219994A JP59073870A JP7387084A JPS60219994A JP S60219994 A JPS60219994 A JP S60219994A JP 59073870 A JP59073870 A JP 59073870A JP 7387084 A JP7387084 A JP 7387084A JP S60219994 A JPS60219994 A JP S60219994A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
speed
induction motor
winding
series
motor
Prior art date
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Pending
Application number
JP59073870A
Other languages
English (en)
Inventor
Shigeki Kawada
茂樹 河田
Atsuo Nakamura
厚生 中村
Takashi Yoshida
尚 吉田
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Fanuc Corp
Original Assignee
Fanuc Corp
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Filing date
Publication date
Application filed by Fanuc Corp filed Critical Fanuc Corp
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Priority to PCT/JP1985/000201 priority patent/WO1985004772A1/ja
Priority to EP19850902120 priority patent/EP0181938A4/en
Publication of JPS60219994A publication Critical patent/JPS60219994A/ja
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02P25/16Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring
    • H02P25/18Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the circuit arrangement or by the kind of wiring with arrangements for switching the windings, e.g. with mechanical switches or relays

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 +11 技術分野 本発明は、誘導電動機の特性制御装置に関し、特にイン
バータなどの可変周波数の駆動電源によって10.00
0rpm程度の高速領域までの運転を可能にした誘導電
動機の特性制御装置に関するもので、例えば工作機械の
主軸に取付けて切削加工を行う用途などに利用されるも
のである。
(2)従来技術 従来この種の用途に用いられる誘導電動機の駆動電源と
して、例えばトランジスタのオン・オフ動作により第1
図に示されるようなパルス中変調形式の波形を有し可変
周波数の出力電圧を発生するインバータを用い、これに
より毎分数十回転から数千回転程度の速度範囲で電動機
の運転を行つている。
第2図は、このような可変周波数電源により駆動される
電動機の速度−出力特性を示すもので、領域Aは、駆動
電源の周波数を増大させて電動機の回転数nを上昇させ
るに伴ってその出力Pがはy゛比例的に増大する領域で
ある。なおこの領域では一極当りの磁束φおよび電動機
のトルクはは5゛一定であり、E+ =2.22 K1
 ・f・φ・ NX(ここでxlは巻線係数、fは周波
数、N、は固定子巻線の直列導体数)で決まる電動機の
1次誘起電圧E1もは一直線的に増加する。
このようにして電動機の回転数がnl (例えば4極電
動機でその際の電源周波数が50Hzとして1500r
pm )に達すると、上記1次誘起電圧E1が該電動機
に印加される端子電圧(例えば200V)に達し、1次
続起電圧E1をそれ以上に増加させることはできない状
態となる。したがって回転数n1以上に電動機の回転数
を上昇させる領域Bにおいては、電源周波数を増大させ
る一方、磁束φを減少させるような制御が行われる。そ
してこの領域Bに入ると電動機のトルクは回転数の上昇
に伴って減少し、その出力Pは回転数の上昇に拘らずは
\一定の定出力特性となる。
更に電動機の回転数がn2 (例えば4極電動機でその
際の電源周波数が15011zとして4500rpm+
 )を超えると、電動機のトルク減少の度合が一層著し
くなり、その出力Pは回転数の上昇に伴って減少するよ
うになり、例えば回転数600Orpmで程度が実用上
の運転範囲の上限値となる。このことは、回転数がn2
を超える領域では出力Pを表わす式、すなわち ’2 2 ’2 (S r4 + r2) 十S (x1+ X2)にお
いて、Xlおよびx2 rが周波数の増大に伴い増加す
ることによってPが減少することからも説明できる。
なおここで上記速度−出力特性がA領域すなわち出力が
回転数に比例して増大する領域からB領域すなわち回転
数の増加に拘らず出力が一定となる領域に移行する回転
数n1 (すなわち電源周波数を次第に上昇させて電動
機の1次続起電圧E1が該電動機に印加される端子電圧
、例えば200■Vこ達するときの回転数)を通常その
電動機の規定速度(Base 5peed)と称してお
り、上記回転数01とn2との比は通常1:3乃至1:
4である。
ところでこの種工作機械の動力源に対し、近時、所定の
大きさの出力Pがえられると同時に、カッタの性能の改
善に伴って例えば10.00Orpm以上の高速まで切
削できるような特性が要望されている。
しかしながら上記従来のインバータ駆動の誘導電動機に
おいては上述したような速度−出力特性を有しており、
所定の出力かえられる領域Bの範囲では未だ上記高速運
転の要求をみたすには十分とはいえないという問題点が
あった。
(3) 発明の目的 本発明の目的は、インバータなどの可変周波数電源によ
って誘導電動機を駆動するに際し、該電動機の各相に設
けられた固定子巻線の直列導体数を任意の比率で切換え
ることにより、上述した速度−出力特性における規定速
度を任意の値に切換え設定するという着想にもとづいて
、所望の高速領域までの運転を可能にすることにある。
また本発明の他の目的は、誘導電動機をギヤ等で減速さ
せて低速トルクを増加させる場合、該低速トルクの増加
を一層顕著ならしめることにある。
(4) 発明の構成 本発明は、可変周波数の駆動電源、各相毎に互いに直列
接続された複数個の固定子@線が設けられた誘導電動機
、該直列接続された複数個の固定子巻線を駆動電源に接
続する全@線励磁用トランジスタスイッチ、および該複
数個の固定子巻線の一部のみを上記全巻線励磁時とその
極数を変更することなく駆動電源に直接接続する一部巻
線励磁用トランジスタスイッチを具備し、該全巻線励磁
用トランジスタスイ・ノチと該一部巻線励磁用トランジ
スタスイッチとが選択的に切換えられうろことを特徴と
する誘導電動機の制御装置が提供される。
(5)実施例 第3図は、本発明の1実施例としての誘導電動機の制御
装置が通用される電動機固定子巻線とトランジスタスイ
ッチとの接続関係を示すもので、図中1はインバータな
どの可変周波数の駆動電源、21 、22 ; 23 
、24 ;25 、26は誘導電動機の固定子巻線であ
って各相毎にそれぞれ2個ずつ直列に設けられている。
311,321 ; 312,322 ; 313゜3
23はトランジスタスイッチであって各相伝にそれぞれ
2組ずつ設けられており、これらのうち311、312
.31.3は各相に設けられている直列接続された2個
の固定子巻線を駆動電源に接続するためのトランジスタ
スイッチであり、一方、321゜322 、323は各
相に設けられた2+11の固定子巻線のうち一方の固定
子巻線22 、24 、26を開放しくただしこの時ト
ランジスタスイッチ311. 312゜313はオフで
ある)、残る固定子巻線21 、23 、25を駆動電
源に直接接続するためのトランジスタスイッチである。
すなわち311. 312,313は全巻線励磁用トラ
ンジスタスイッチであり、321゜322.323は一
部巻線励磁用トランジスタスイソチである。
いま一部巻線励磁用トランジスタスイソチ321322
 、323の各トランジスタへの制御信号をオフとし、
全巻線励磁用トランジスタスイッチ311゜312 、
313の各トランジスタへの制御信号をオンにすると、
各相ににおける直列接続された2個の固定子巻線はその
まま駆動電源のU、V、W各出力端子に接続される。
この場合、1個のトランジスタスイッチ例えば311に
ついてみると、第4図に示すように、U側からV側に電
流が流れるときは実線に沿って、また■側からU側に電
流が流れるときは点線に沿って電流が流れる。
このような接続状態のもとで駆動電源の周波数を上昇さ
せて行くと、第5図において実線で示すように領域A1
においては電動機の回転数が次第に上昇するとともにそ
の出力Pがほぼ比例的に増大して行く。
そして前記したE+ =2.22 K+ ・f・φ・N
(ここでNは直列接続された固定子巻線の直列導体数)
で規定される電動機の1次続起電圧E1が該電動機に印
加される端子電圧(例えば200 V )に達した時点
で該電動機の回転数01は前述した規定速度となり、該
回転数n1から回転数n2(n2はnlの3〜4倍程度
)までのB1領域にのいては定出力特性となり、更に回
転数n2を超えると電動機の出力は低下するようになる
次に全巻線励磁用のトランジスタスイッチ311゜31
2 、313の各トランジスタへの制御信号をオフとし
、一部巻線励磁用トランジスタスイッチ321゜322
 、323の各トランジスタへの制御信号をオンにする
と、各相における固定子@IJI22 、24 、26
が開放され、残りの固定子巻線21 、23 、25が
直接駆動電源に接続される。なおこの場合、各相固定子
巻線によって形成される極数は上記直列接続された2個
の固定子巻線をそのまま駆動電源に接続する場合と、す
なわち全巻線接続時と同一である。
このような接続状態のもとて駆動電源の周波数を上昇さ
せて行くと、第5図において鎖線で示すように、領域A
2においては電動機の回転数にほぼ比例してその出力P
が増大して行く。
そしてこの場合は、上記直列接続された2個の固定子巻
線をそのまま駆動電源に接続する場合に比し、各相固定
子巻線の直列導体数がN1となるため、1次続起電圧E
1が所定の端子電圧(例えば200 V )に達する時
点での周波数fはN、+ N2 □倍(ただし、N1は固定子巻線2] 、 23 。
1 25の各直列導体数、N2は固定子巻線22 、24 
、26の各直列導体数)となり、それに応じてその時点
での電動機回転数ずなわち規定速度n3はNj + N
2 □×n1となる。そして回転数が03か1 らn4 (通常n3の3〜4倍)までの82領域におい
ては出力の低下が比較的少なく (もっとも一部の固定
子巻線22 、24 、26を使用しないことによる出
力の低下は生ずる)、回転数が04を紹えてはじめて出
力の低下が著しくなる。
すなわち本発明による誘導電動機において、直列接続さ
れた2個の固定子巻線21 、22 i 23 、24
 i25 、26がそのまま駆動電源に接続された場合
すなわち全巻線励磁時には、該固定子巻線は所謂低速巻
線として機能するものであり、一方、固定子巻線21 
、23 、25が直接駆動電源に接続された場合すなわ
ち一部巻線励磁時には、該固定子巻線は所謂高速巻線と
して機能するから、これによって低速運転時にはl&考
の接続状態とし、一方、高速運転時には後者の接続状態
とするようにトランジスタスイッチを切換えるものであ
る。
そしてこの場合、固定子S線21 、23 、25の各
直列導体数N1と、固定子巻線22 、24 、26の
各直列導体数N2とは任意の値に設定できるため、上記
高速巻線形成時の規定速度を低速巻線形成時の規定速度
に対し任意の比率に設定することができる。
第6図は、直列接続される2個の固定子巻線21゜22
の巻線態様の1例を示す展開図で、端子aをスター接続
の中性点とし、端子Cで2個の固定子巻線を直列に接続
する。そして例えば固定子巻線21を構成する導体群2
11 と固定子巻線22を構成する導体群221 とは
固定子鉄心の同一スロット内に収納される。このように
して2111i1の固定子巻線21 、22を利用する
場合も、一方の固定子巻線21のみを利用する場合もそ
の極数は同一で図示の場合4極となる。
第7図は、本発明で用いられる駆動電源、誘導電動機お
よびトランジスタユニットを実際に配置した状態の1例
を示すもので、駆動電源1とトランジスタユニソl−3
は、外観上は一体な駆動装置として構成され、誘導電動
#!i2から離して配置されている状態を示している。
駆動装置からは、電動機巻線U、V、Wに各2本、合計
6本の配線カベ族されている。トランジスタユニ・2ト
3は全@線励磁用トランジスタスイ・フチ群31と一部
巻線励磁用トランジスタスイソチ群32から構成される
次に本発明によると、誘導電動機をギヤ等で減速させる
ことにより、高速回転を維持しつつ、低速トルクを顕著
に増加させることができる。
この点を第8図を用いて説明すると、第8図(alは、
従来の誘導電動機の速度−出力特性を示すもので、この
場合、実線の特性が上述した第2図の特性に対応する。
ところでこの誘導電動機の低速トルク(回転数0からn
lに至る、すなわち速度の増加に応じて出力が比例的に
増加するA領域のトルク)を更に増加させ、低速ながら
大トルクの運転を望む場合には、該誘導電動機をギヤ等
で減速させて速度−出力特性の傾斜角を増加させること
が考えられる。
第8図+alの鎖線はギヤ等で電動機の回転数を2に減
速した場合を示しており、上記傾斜角はθからψ1へと
増加しており、該低速トルクもこの傾斜角の増加に応じ
て増加するものである。
一方、第8図tb)は、本発明による誘導電動機の速度
−出力特性を示すもので、この場合、実線の特性が−L
述した第6図の特性に対応する。
いま、この誘導電動機をギート等で減速させて低速トル
クを増加させる場合、第8図[alの鎖線における最大
速度(出力Pの低下しはしめる速度)−と同一の最大速
度になるまで減速したとすると、その速度−出力特性の
傾斜角ψ2は明らかに上記ψ1より大となり、この傾斜
角の増加分だけ低速トルクも一層増加することになる。
なお上記実施例では各相の固定子巻線がスター結線され
ているが、これら各相の固定子巻線を△結線としてもよ
いことは勿論である。また固定子巻線の極数も4極に限
らず、任意に設定することができる。
(6)発明の効果 本発明によれば誘導電動機固定子巻線の直列導体数を任
意の比率で切換えることにより、上述した速度−出力特
性における規定速度を任意の値に切換え設定することが
でき、所望の高速領域までの運転を可能にすることがで
きる。
また本発明によれば、誘導電動機をギヤ等で減速させて
低速トルクを増加させる場合、該低速トルクを一層顕著
に増加させることができる。
【図面の簡単な説明】
第1図は、本発明で用いられる可変周波数電源の出力電
圧波形の1例を示す図、 第2図は、可変周波数電源で駆動される従来の誘導電動
機の速度−出力特性を示す図、第3図は、本発明の1実
施例としての誘導電動機の制御装置が適用される電動機
固定子巻線とトランジスタスイッチとの接続関係を示す
図、第4図は、第3図に示されるトランジスタスイッチ
の動作説明図、 第5図は、第3図に示される誘導電動機の速度−出力特
性を示す図、 第6図は、第3図に示される誘導電動機の固定子巻線の
巻線態様の1例を展開して示す図、第7図は、本発明で
用いられる駆動電源、誘導電動機およびトランジスタユ
ニットの実際の配置状態の1例を示す図、 第8図は、従来の誘導電動機と本発明が適用される誘導
電動機との低速トルクを比較する図である。 (符号の説明) 1 駆動電源、 2〜誘導電動機、 21 、22 ; 23 、24 ; 25 、26誘
導電動機の固定子巻線、 3 トランジスタユニット、 31 、、、全巻線励磁用トランジスタスイッチ群、3
11、312.313− 全巻線励磁用トランジスタユニット、 32−−一部巻線励磁用トランジスタスイソチ群、32
1、322.323 一部巻線励磁用トランジスタスイノチ。 特許出願人 フ1ナック株式会社 特許出願代理人 弁理士 青 木 朗 弁理士西舘和之 弁理士平岩賢三 弁理士 山 口 昭 之 弁理士 西 山 雅 也 第1回 第2面 01 n2 9 第3図 11 [− \ 第4図 3.11

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1、 可変周波数の駆動電源、各相伝に互いに直列接続
    された複数個の固定子@線が設けられた誘導電動機、該
    直列接続された複数個の固定子巻線を駆動電源に接続す
    る全巻線励磁用トランジスタスイッチ、および該複数個
    の固定子巻線の一部のみを上記全@線励磁時とその極数
    を変更することなく駆動電源に直接接続する一部巻線励
    磁用トランジスタスイソチを具備し、該全巻線励磁用ト
    ランジスタスイッチと該一部巻線励磁用トランジスタス
    イソチとが選択的に切換えられうろことを特徴とする誘
    導電動機の制御装置。
JP59073870A 1984-04-14 1984-04-14 誘導電動機の制御装置 Pending JPS60219994A (ja)

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JP59073870A JPS60219994A (ja) 1984-04-14 1984-04-14 誘導電動機の制御装置
PCT/JP1985/000201 WO1985004772A1 (en) 1984-04-14 1985-04-15 Controller for an induction motor
EP19850902120 EP0181938A4 (en) 1984-04-14 1985-04-15 REGULATOR FOR AN INDUCTION MOTOR.

Applications Claiming Priority (1)

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JP59073870A JPS60219994A (ja) 1984-04-14 1984-04-14 誘導電動機の制御装置

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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS63206195A (ja) * 1987-02-23 1988-08-25 Fuji Electric Co Ltd インバ−タ電源駆動モ−タ
JP2013247714A (ja) * 2012-05-23 2013-12-09 Asmo Co Ltd 駆動装置
EP3484019A4 (en) * 2016-07-07 2019-07-03 Shixing Zhang MOTOR WITH VARIABLE POWER AND INTELLIGENT CONTROLLER

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