JPS6255165B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明はインバータ（逆変換器）で誘導電動機
を駆動する際における電源力率の改善、特に軽負
荷時における電源電圧の上昇を防止する力率自動
調整装置に関する。

〔従来の技術〕

良く知られているように、インバータ駆動電動
機装置は、交流電源に接続された順変換器と、こ
の順変換器に直流回路で結合された逆変換器、及
び逆変換器より駆動される誘導電動機から構成さ
れる。かかるインバータ駆動電動装置における電
力は、交流電源より順変換器、逆変換器を経て誘
導電動機に供給される。この際、順変換器は交流
電源より有効電力と同時に無効電力を取り込むた
め交流電源に力率改善用コンデンサを接続し力率
補償を行つている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

ところで、力率改善用コンデンサの容量は一般
に誘導電動機の定格負荷時において順変換器が取
り込む無効電力を補償するように選定される。順
変換器を取り込む無効電力の大きさは負荷状態に
応じて変動する。軽負荷時には力率改善用コンデ
ンサによよる力率補償が過多となり電源電圧が平
常時より上昇する不具合が起る。これを防止する
ため、従来では、軽負荷時にはコンタクタを用い
て力率改善用コンデンサを電源から切離すように
していたが、コンタクタの接点寿命に問題があ
る。

本発明の目的は、この課題に対処して成された
もので、軽負荷時において力率補償が過多となる
ことを防止するための力率自動調整装置を提供す
るにある。

〔問題点を解決するための手段〕

本発明は順変換器が交流電源から取り込む無効
電力を検出し、無効電力検出値が設定値となるよ
うに誘導電動機に加える電圧対周波数比（Ｖ／
Ｆ）を制御する。

〔作用〕 Ｖ／Ｆ値を小さくすると、順変換器の直流出力
電圧が低下するが、電動機速度を維持するために
直流電流が増加する。直流電流が増加すると順変
換器の交流入力電流も増加することになり、順変
換器力率が低下する。無効電力検出値が設定値よ
り小さくなつた際にはＶ／Ｆ値を小さくする。
Ｖ／Ｆ値を小さくすると順変換器の入力無効電力
が増加する。設定値は例えば力率改善用コンデン
サの取り込み無効電力（進み無効電力）とほぼ等
しい値に選定される。したがつて、軽負荷時に力
率補償過多となるのをコンタクタを入切すること
なく防止できる。

〔実施例〕

以下、本発明を図に示す一実施例において詳細
に説明する。図において、１は順変換器、２は直
流リアクトル、３は逆変換器、４は誘導電動機、
５は電動機４の１次電圧の大きさを指令する電圧
指令信号と周波数を指令する周波数指令信号を出
力する周波数指令回路で、電圧指令信号と周波数
指令信号の比は一定値である。６は１次電圧の大
きさを検出する電圧検出器、７は電圧偏差増巾
器、８は順変換器１の入力電流の大きさを検出す
る電流検出器、９は電流偏差増巾器、１０は電流
偏差増巾器９の出力信号（位相制御信号）に応じ
て順変換器１の点弧位相（制御遅れ角）を制御す
る自動パルス移相器、１１は周波数指令回路５か
らの周波数指令信号に比例した周波数の信号を発
生する電圧―周波数（Ｖ―Ｆ）発振器、１２は発
振器１１の信号に基づいて逆変換器３の出力周波
数を制御する点弧制御回路である。１３は交流電
源ACに接続された力率改善用コンデンサ、１４
はコンデンサ１３に直列接続されたリアクトル、
１５は順変換器１が電源ACから取り込む無効電
力（遅れ無効電力）の大きさを検出する無効電力
検出器、１６は順変換器１が取り込む無効電力の
大きさを設定する無効電力設定回路で、設定値は
コンデンサ１３が取に込む無効電力（進み無効電
力）とほぼ等しい値に選定されている。１７は無
効電力設定値と無効電力検出値の偏差を増巾し、
電圧偏差増巾器７に加える無効電力偏差増巾器で
ある。

次に動作を説明する。

自動パルス移相器１０は順変換器１の点弧位相
を制御することより、誘導電動機４の１次電圧を
電圧偏差増巾器７の出力信号に比例して所定値に
制御する。一方、点弧制御回路１２は逆変換器３
の出力周波数を周波数指令信号に比例する如く制
御する。以上のようにして、１次電圧の大きさと
周波数は互いに比例するように制御される。この
ような動作は良く知られていることである。

さて、コンデンサ１３の容量は一般に定格負荷
時において順変換器１が取り込む無効電力をほぼ
補償しうるような値に選ばれている。軽負荷時に
おいて順変換器１が取り込む無効電力が減少する
とコンデンサ１３が交流電源ACに供給する無効
電力の方が大となる。したがつて、交流電源AC
に進電流が流れるようになつて電源電圧が平常よ
り上昇することになる。このことを本発明におい
ては次のようにして防止する。

まず、無効電力検出器１５により順変換器１が
取り込んでいる無効電力を検出し無効電力偏差増
巾器１７に加える。無効電力検出値は無効電力設
定回路１６で設定する設定値と電圧偏差増巾器１
７で突き合わされる。無効電力偏差増巾器１７は
無効電力検出値が設定値より小さいときに無効電
力偏差量に応じた電圧補正信号を電圧指令信号を
小さくする極性で電圧偏差増巾器７に加える。逆
に無効電力検出値が設定値より大きい場合には電
圧補正信号を電圧指令信号を大きくする極性で電
圧偏差増巾器７に加える。いま、無効電力検出値
が設定値より小さくなると周波数指令回路５の指
令する電圧指令信号を無効電力偏差量に応じて減
少させる。その結果、順変換器１の出力電圧（誘
導電動機４の１次電圧）を電圧指令信号より小と
なるように制御される。一方、逆変換器３の出力
周波数指令回路５の指令する周波数指令信号とな
るように制御される。したがつて、誘導電動機４
の１次電圧と１次周波数の比であるＶ／Ｆ値は小
さくなる。Ｖ／Ｆ値を小さくすると後述するよう
に順変換器１の取り込む無効電力が増加し設定値
に一致する。このようにして、順変換器１の取り
込む無効電力を負荷の大小に拘らず設定値に制御
できる。その結果、軽負荷時に電源電圧が上昇す
るのを防止できる。

次に、Ｖ／Ｆ値を制御することにより順変換器
１の取り込む無効電力を制御できることについて
説明する。

逆変換器３の入力電力Piは直流入力電圧を
Vd、直流入力電流をIdとすると次式で表わされ
る。

Pi＝Vd・Id ……(1) 一方、逆変換器３の出力電力Poは誘導電動機
４の１次電圧をＥ_M，１次電流をＩ_Mとすると次式
で表わされる。

Po＝√３Ｅ_MＩ_Mcos ……(2) cosφ：誘導電動機４の力率 逆変換器３の損失を無視すればPi＝Poであり
次式が導かれる。

Vd・Id＝√３Ｅ_MＩ_Mcos ……(3) ところで、順変換器１と逆変換器３を直流リア
クトルを介して線接続した、いわゆる電流形イン
バータにおいては直流電流Idと１次電流Ｉ_Mは比
例する。電流IdとＩ_Mの関係は次式で表わされ
る。

直流電圧Vdと１次電圧Ｅ_Mの関係を求めるため
(3)式に(4)式を代入すると次式のようになる。

(5)式から明らかなように、Ｖ／Ｆ値つまり１次
電圧Ｅ_Mを変化させると直流電圧Vdは電圧Ｅ_Mに
応じて変化する。

さて、本発明のようにして順変換器１が取り込
む無効電力を制御する際にも電動機速度frを所定
値に維持する必要がある。電動機速度frを所定値
に維持するには次式に示すトルクτを一定にす
る。

τ＝Pi／fr ……(6) ところで、直流電流Idは次式で示される。

Id＝Ｐｉ／Ｖｄ＝（Ｐｉ／ｆｒ）ｆｒ／Ｖｄ＝τｆｒ
／Ｖｄ……(7) 誘導電動機４のすべりは小さいので無視すると
回転速度frと１次周波数_１がほぼ等しくなるの
で(7)式は(8)式のように表わすことができる。

Id＝τ_１／Ｖｄ ……(8) (8)式から明らかなように直流電流Idは１次周波
数_１に比例し、直流電圧Vdに反比例する。し
たがつて、直流電流Idは電圧Vdを減少させると
増加し、また１次周波数_１を増加させると増加
する。

さて、順変換器１が電圧Vd，電流Idを出力す
るための交流入力電流Isは次式のように表わされ
る。

また、交流入力電圧Esと直流電圧Vdの関係は
次式のようになる。

cosθ：順変換器１の力率 いま、１次電圧Ｅ_Mを減少させると直流電圧Vd
は(5)式の関係によつて減少し、逆に電圧Ｅ_Mを増
加させると増加する。一方、直流電流Idは(7)式の
関係から直流電圧Vdと逆に増加あるいは減少す
る。また、順変換器１の交流入力電流Isは(9)式か
ら明らかなように１次電圧Ｅ_Mを減少させると増
加し、１次電圧Ｅ_Mを増加させると減少する。結
局、順変換器１の力率cosθは(10)式から明らかな
ように、１次電圧Ｅ_Mを減少させると低下し、電
圧Ｅ_Mを増加させると上昇することになる。この
ように、１次電圧Ｅ_Mを変化させることにより順
変換器１が取り込む無効電力を制御することがで
きる。

以上は１次電圧Ｅ_Mを変化させた場合である
が、１次周波数（逆変換器４の出力周波数）_１
を変化させても同様に無効電力を制御できる。(8)
式より明らかなように直流電流Idは１次周波数
_１を増加させると増加し、減少させると減少す
る。直流電流Idが増加（また減少）すると交流入
力電流Isも(9)式の関係から増加（減少）する。し
たがつて、例え直流電圧Vdと順変流器力率cosθ
が一定であつても無効電力Is sinθは変化する。
その結果、１次周波数_１を変えることによつて
順変換器１の取り込む無効電力を制御できる。

ここで、以上の実施例においては、順変換器１
の入力無効電力を検出し、それが一定に保たれる
如く制御したが、それに代つて順変換器１とコン
デンサ１３の両方が取り込む無効電力を検出し、
それが所定値（例えば零）となるようにＶ／Ｆ値
を制御しても同様の効果が得られる。また、無効
電力を検出する代りに無効電流を検出し、同様の
制御を行つても同様の効果が得られる。

さらに、自動パルス移相器１０の制御入力信号
Ecは順変換器１の出率と略比例関係があるか
ら、下式の関係に従い順変換器１の無効電力Ｑを
間接的ではあるが検出でき、前述と同様の制御を
行わせることができる。

Ｑ∝Is・√１−（）² ……(11) ここに、Ecoは順変換器１の点弧位相αが０度
となるときの制御入力電圧である。

さらに本発明の他の変形例として、上述の如く
無効電力を検出する代りに、電源電圧の大きさを
検出し、それに応じてＶ／Ｆ値を制御しても同様
の効果が得られる。なぜなら電源電圧は、電源
ACが供給する無効電力に応じて変化するから、
電源電圧との設定値の偏差に応じてＶ／Ｆ値を制
御することにより電源電圧を所定値に保つことが
できるからである。なお電源電圧の設定値として
は、電源系統において種々変換器の影響を受け難
い個所の電圧を検出して用いることもできる。

〔発明の効果〕

以上のように本発明によれば、軽負荷時におい
て力率補償が過多となることを新たな装置を附加
することなく簡単に防止できる。

なお、上述の実施例におけるコンデンサは力率
改善用コンデンサに限らず、高調波除去用で力率
改善を兼ねるものであつても本発明を適用して同
様の効果が得られることは明らかである。

【図面の簡単な説明】

図は本発明の一実施例を示す構成図である。 １……順変換器、３……逆変換器、４……誘導
電動機、５……周波数指令回路、６……電圧検出
器、７……電圧偏差増巾器、８……電流検出器、
９……電流偏差増巾器、１０……自動パズル移相
器、１１……Ｖ―Ｆ発信器、１２……点弧制御回
路、１３……力率改善用コンデンサ、１５……無
効電力検出器、１６……無効電力指令回路、１７
……無効電力偏差増巾器。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 交流を直流に変換し逆変流器の直流入力電流
   を制御する順変換器と、該順変換器の交流側に接
   続された力率改善用のコンデンサと、前記順変換
   器の直流出力を交流に変換する逆変換器と、該逆
   変換器により駆動される誘導電動機と、前記順変
   換器の出力電圧を制御する電圧制御手段と、前記
   逆変換器の出力周波数を制御する周波数制御手段
   と、前記順変換器の入力無効電力を検出する無効
   電力検出手段とを有し、該無効電力検出手段で検
   出した無効電力検出値が設定値より小さくなつた
   際には前記順変換器の出力電圧を変化させ前記誘
   導電動機に加える電圧とその周波数の比を小さく
   するようにしたことを特徴する力率自動調整装
   置。