JPS6022800Y2 - 誘導電動機制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 本考案は可変周波数・可変電圧により給電される誘導電
動機の制御装置に関する。

一般に可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源
装置により誘導電動機に電力を供給する際には、その周
波数と電圧は関連をもって適当な値に制御されなければ
ならない。

誘導電動機は一定周波数・一定滑りのもとでは、トルク
はほぼ電圧の２乗に比例する、しかし電圧がある値を超
えると、誘導電動機の磁気回路が飽和して励磁電流が急
激に増大し、一次電流も増加して、誘導電動機にとって
も、また主として半導体により構成される可変周波数・
可変電圧の多相交流を発生させる電源装置にとっても、
好ましいことではない。

これを避けるためには、周波数と電圧をはＳ゛比例せれ
ばよいが、しかしこのようにしても周波数が低く電圧の
低い領域では、誘導電動機の一次巻線の抵抗および半導
体ならびに回路抵抗による電圧降下が無視できなくなり
、この電圧降下を補償するため、周波数と電圧の関係に
電圧降下に相当する値だけバイアスを与えることが従来
側われている。

第１図はこの間の関係を示すもので、電圧にＶ。

なるバイアスをかけた場合の可変周波数・可変電圧の多
相交流を発生する電源装置の周波数と電圧を示している
。

しかしこのような従来の手段では、バイアス電圧Ｖ。

は電圧降下を補償するものであるから、同じ誘導電動機
でも負荷により異なり、また誘導電動機が異なればそれ
ぞれ異なることとなる。

したがってこの手法によっても誘導電動機が過励磁とな
ったり、不足励磁となることは避けられず、起励時や低
速時に大きなトルクを必要とするものについては甚だ不
具合であった。

誘導電動機の能力を十分に発揮させるためには、その磁
気飽和を適正な値として磁束量をある一定の値に保つこ
とが必要であり、このために誘導電動機の中にサーチコ
イルなどの磁束検出装置を挿入したり、または電流電圧
などから磁束量を座標変換などにより演算するなどの複
雑な各種の制御手段の装置が考案されている。

本考案はかかる点に着目し、簡易な方法により誘導電動
機の磁束量を制御する手段の装置を提供せんとするもの
である。

ところで一般に変圧器は、その磁気回路の構成や励磁巻
線の接続方法などにより異なるが、過電圧をかけること
により、いずれかの巻線に第３調波電流が流れるか、ま
たは磁気回路に第３調波の磁束が存在するようになるこ
とは、よく知られている。

以上の事実は、変圧器において磁束と誘起電圧は比例す
るから磁気回路に飽和が起き、ある一定量以上の磁束が
存在するようになると巻線に第３調波電流が流れたり、
または磁気回路に第３調波磁束が存在するようになるこ
とを意味する。

このことは変圧器の磁気回路が、主としてけい素鋼板に
より構成されるため、けい素鋼板のＢ−Ｈ曲線（磁化力
と磁束密度との関係を示す曲線）の非直線性に起因する
ものである。

したがって変圧器の一次端子に正弦波電圧を加えても、
励磁電流は磁気回路の非直線性に基づく高調波電流を含
むこととなる。

すなわち正弦波電圧を誘起するためには、高調波電流を
励磁電流に含んでいることが必要であり、磁束密度の低
いときはＢ−Ｈ曲線もはＳ゛直線近いため、高調波電流
が少なく基本波が多いが、磁束密度の増加と共にＢ−Ｈ
曲線の非直線性により高調波電流が増加してくる。

もち論この場合、励磁電流に含まれる高調波電流の流れ
得る回路が必要であって、例えば第３調波については一
次または二次回路の接続がΔ接続の場合は、このΔ接続
の中の第３調波電流の位相差が１２０°×３＝３６０°
となりすべて同相となるため、第３調波の励磁電流はこ
の部分を環流することとなり外部には流出しない。

また変圧器の結線方式が、励磁電流に高調波を含み得な
い接続である場合は、励磁電流が基本波のみとなるため
、Ｂ−Ｈ曲線の非直線性のため磁束は、正弦波とならず
誘起電圧に高調波が含まれることになる。

例えば第３調波について説明すると、３相において基本
波は１２０°の位相差があるが第３調波はすべて各相同
相となり、変圧器の一次と二次が大人接続の場合、第３
調波電流は流れることができない。

このため磁束は正弦波となることができず、誘起電圧に
第３調波を含むこととなるが、入接続の相電圧として含
まれている第３高調波電圧はすべて同相となるため、線
間電圧には存在せず基本波電圧のみが存在する。

この場合、磁束密度の低いときはＢ−Ｈ曲線もほぼ直線
に近いため第３調波電圧は少なく、磁束密度が高くなる
とＢ−Ｈ曲線の非直線性のため第３調波電圧が増加する
。

以上を要約すると、変圧器においては磁束密度の増加と
共に第３調波電流または第３調波電圧が増加することと
なり、これらをある一定値に制御すると磁束密度もある
一定値となり、したがって磁束が一定値に保持されるこ
ととなる。

一方、誘導電動機は特性計算などに用いられる等価回路
、例えばＬ形等価回路やＴ形等価回路に示されるように
変圧器の一種として考えることができる。

したがって上述の変圧器における場合と同様に、誘導電
動機においても磁束密度の増加と共に、第３調波電流ま
たは第３調波電圧が増加するであろうことが推定される
。

誘導電動機においてもある周波数のもとでは、磁束と誘
起電圧は比例するから、誘起電圧と第３調波電流または
第３調波電圧との関連について以下説明する。

かご形誘導電動機において過電圧を印加した際、どのよ
うな現象が起きるかということについては、二次側のか
ご形回転子の存在もあって必ずしも明確ではなかった。

そこで多くの誘導電動機を用いて実験した結果によると
、はＳ゛前述変圧器における場合と同様な現象の起きる
ことがわかった。

その実験の結果は、一次側が△結線のかご形誘導電動機
においては、一次側に印加する電圧がある値を超えると
、一次巻線中を流れる相電流に含まれる第３調波電流が
急激に増加する。

第２図はこの状態の１例を表したもので、線間電圧と相
電流中に含まれる第３調波電流との関係を示している。

一方、一次側が人結線のかご形誘導電動機の場合は、実
験の結果によると、一次側に印加する電圧がある値を超
えると中性点と電動機端子間の電圧、すなわち相電圧中
に含まれる第３調波電圧が急激に増加する。

第３図はこの状態の１例を表したもので、線間電圧と相
電圧中に含まれる第３調波電圧との関係、および第３調
波電圧と線間電圧の比の線間電圧に対する関係を示して
いる。

ところで、平衡した３相電圧には、第３調波電圧は含ま
れない。

したがって第２図および第３図における第３調波電流お
よび第３調波電圧はあきらかに誘導電動機の磁気的な飽
和状態の変化に由来するものである。

本考案は以上の事実から、誘導電動機に可変周波数・可
変電圧の多相交流を発生する電源装置から電力を供給す
る際は、一次側がΔ結線の場合は、巻線を流れる相電流
中に含まれる第３調波電流が一定値となる如く可変周波
数・可変電圧の多相交流を発生する電源装置を制御し、
また一次側が人結線の場合には、中性点と電動機端子間
の電圧、すなわち相電圧中に含まれる第３調波電圧と電
動機の端子間の電圧すなわち線電圧との比が、一定値と
なる如く可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電
源装置を制御することにより、誘導電動機の磁束量は一
定値に保持されていることとなる。

かかる本考案制御装置における具体的な制御手段として
は、次のような手段が考えられる。

もつとも簡単な手段は、可変周波数・可変電圧の多相交
流を発生する電源装置の出力電圧を制御することにより
誘導電動機の磁束量を一定値に保つ方法であり、他の手
段として出力周波数を制御することにより同一の目的を
遠戚する方法である。

さらに他の制御手段としては、可変周波数・可変電圧の
多相交流を発生する電源装置の出力電圧と出力電流の位
相差を制御する方法がある。

このように位相差を制御すると、たとえ出力電圧・出力
電流の実効値そのものは同一でもその間の位相差を制御
することにより、誘導電動機から見ると遅れ電流すなわ
ち励磁電流を制御されることとなり、結果として磁束量
を制御されることとなる。

可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源装置は
、通常型として半導体素子により構成されるため、その
点弧位相を制御することにより、出力電圧と出力電流の
位相差を制御することができる。

以上の説明では、かご形誘導電動機について説明したが
、巻線形誘導電動機についても同様な制御が可能である
ことは勿論である。

以下本考案を実施例図面により説明すると、第４図は誘
導電動機の一次がΔ結線の場合で、第５図は一次が人結
線の場合の本考案の一実施例を示すものである。

第４図において１は商用電源であり、２は商用電源１に
より付勢される可変周波数・可変電圧多相交流発生電源
装置であって、その出力は給電線３に出力される。

４は一次がΔ結線の誘導電導機で、給電線３により付勢
される。

５は誘導電動機４の入力端子で、給電線３に接続される
。

６は誘導電動機４の相電流波形検出用分流器、７は相電
流中に含まれる第３調波電流を検出する第３調波検出器
、８は第３調波の値をあらかじめ設定する設定器である
。

９は第３調波検出器７により検出された第３調波の値と
設定器８の設定値とを比較して制御信号を出力する制御
器で、可変周波数・可変電圧多相交流発生電源装置２を
制御することにより誘導電動機４の磁束量を一定に制御
することができる。

第５図において、１．２．３．５は第４図において同一
符号を付したものと同一機能を有するものである。

１０は一次が人結線の誘導電導機で、給電線３により付
勢される。

１１は誘導電動機１０の相電圧中に含まれる第３調波電
圧と線間電圧との比を検出する検出装置であって、１２
は誘導電動機１０の相電圧中に含まれる第３調波電圧と
線間電圧との比を設定する設定器である。

１３は検出装置１１により検出された検出値と設定器１
２の設定値とを比較し制御信号を出力させる制御器であ
って、可変周波数・可変電圧多相交流発生電源装置２を
制御することにより誘導電動機１０の磁束を一定値に制
御するものである。

以上説明したように本考案によれば、誘導電動機にサー
チコイルなどの磁束検出装置を組み込むことを必要とせ
ず、また電圧電流などから複雑な演算をして磁束量を計
算する必要もない。

特に一次がΔ結線の誘導電動機において、第３調波電流
を制御する方式においては励磁電流を対象としているた
め、低周波・低電圧の領域においても励磁電流は何等低
下しないので、サーチコイルなどを使用した制御法で低
周波・低電圧領域においておこる検出値の低下による制
御の困難さがないなどの利点もある。

このようにして、本考案は簡易な手段により、磁束量を
検出して誘導電動機および可変周波数・可変電圧多相交
流発生電源装置の能力を十分発揮させて効率的な運用を
行うことができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は電圧にＶ。 なるバイアスをかけた場合の可変周波数・可変電圧の多
相交流を発生する電源装置の周波数と電圧との関係を示
す図、第２図は線間電圧と相電流中に含まれる第３調波
電流との関係を示す図、第３図は線間電圧と相電圧中に
含まれる第３調波電圧との関係、および第３調波電圧と
線間電圧の比の線間電圧に対する関係を示す図、第４図
、第５図は来者の一実施例を示すブロック結線図で、第
４図は誘導電動機の一次がΔ結線の場合を第５図は一次
が人結線の場合を示したものである。 １・・・・・・商用電源、２・・・・・・可変周波数・
可変電圧多相交流発生電源装置、３・・・・・・給電線
、４，１０・・・・・・誘導電動機、５・・・・・・入
力端子、６・・・・・・相電流波形検出用分流器、７・
・・・・・第３調波検出器、８゜１２・・・・・・設定
器、９，１３・・・・・・制御器、１１・・・・・・検
出装置。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 ■ 可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源装
   置と、該電源装置により給電される誘導電動機と、前記
   電源装置を制御する制御装置を有し、前記誘導電動機が
   Δ結線の場合は、その巻線中を流れる相電流中に含まれ
   る第３調波電流を検出する手段を有しこの第３調波電流
   の電流値を、また前記誘導電動機が大結線の場合にあっ
   ては、その中性点と端子間の相電圧中に含まれる第３調
   波電圧と前記誘導電動機の端子間の線電圧との比を検出
   する手段を有しこの比を、あらかじめ定められた値とな
   る如く前記電源装置を制御することを特徴とする誘導電
   動機制御装置。 ２ 可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源装
   置の電圧を制御することを特徴とする実用新案登録請求
   の範囲第１項記載の誘導電動機制御装置。 ３ 可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源装
   置の周波数を制御することを特徴とする実用新案登録請
   求の範囲第１項記載の誘導電動機制御装置。 ４ 可変周波数・可変電圧の多相交流を発生する電源装
   置の電圧と電流の位相差を制御することを特徴とする実
   用新案登録請求の範囲第１項記載の誘導電動機制御装置
   。