JPS63117686A - 直流電動機可変速制御装置の軽負荷補償方法 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は直流電動機可変速制御装置の軽負荷補償方法に
関するものである。

（従来の技術） 先ず、軽負荷補償について説明するために、軽負荷補償
のない電機子電流制御装置の構成を第７図に示す。

第７図において、直流電動機６に接続されたサイリスタ
変換器１の出力電流の平均値ＩｄＣに比例するように較
正された電機子電流検出器２によって得られた電機子電
流検出信号工は？ｔｔ動機速度制御あるいは電機子電圧
制御の出力である電機子電流基準１１４と突合わされ、
電機子電流制御アンプ３を通って位相器４の位相入力Ｖ
、となる。

サイリスタ変換器１の出力電流の瞬時値ｉａｃの波形が
連続の場合、サイリスタ変換器１の出力電圧の平均値ｖ
２と点弧位相αの関係は ！□□ であるから位相器４は位相入力ｖ１とサイリスタ変換器
１の出力電圧の平均値ｖ２の関係が線形になるように逆
余弦関数化されており、位相入力ｖｉが零のとき点弧位
相αが９０’に較正されている。

点弧パルス発生器５は位相器４の出力に相当する電気角
で点弧パルスを発生させる。

第７図ではサイリスタ変換器１の負荷として直流電動機
６が接続されているが、負荷が直流電動機ではなく純リ
アクタンス負荷であフた場合の点弧位相αが９０″の時
のサイリスタ変換器１の出力電圧の瞬時値もの波形と出
力電流の瞬時値ｉｄｃの波形は第８図（Ａ）のようにな
る。

すなわち純リアクタンス負荷では、サイリスタ変換器１
の出力電流の瞬時値ｉａｃは必ず連続し、−度ターンオ
ンしたサイリスタ素子は次の相のサイリスタ素子が点弧
するまで１２０°間導通するので、正側と負側の波形が
合同となり、サイリスタ変換器の出力電圧の平均値Ｖ、
は零となる。

実際の直流電動機６は必ず損失があるので抵抗をもった
りアクタンス負荷となり、従って時定数が有限となるの
でサイリスタ変換器１の出力電流の瞬時値ｉ、。は１２
０°間流れ続けず、サイリスタ素子の順電流が零になる
とサイリスタ素子は自然消弧し、第８図（Ｂ）に示すよ
うに点弧位相αが９０”であってもサイリスタ変換器１
の出力電圧の平均値ｖ２は零とはならない。

従って抵抗を持ったりアクタンスを負荷とするサイリス
タ変換器１の出力電流の瞬時値ｉ、。が断続を開始する
限界の位相入力をＶｄとすると位相入力ｖ４以下では位
相入力Ｖよとサイリスタ変換器１の出力電圧の平均値ｖ
２の関係は線形ではなくなる。

また、第８図（Ｃ）に示すようにサイリスタ変換器１の
負荷が純抵抗の場合は点弧位相αが１２０゜でサイリス
タ変換器１の出力電圧の平均値ｖ２は零となる。

第９図は位相人力Ｖ工とサイリスタ変換′ａ１の出力電
圧の平均値ｖ２の関係を種々の条件について示したもの
で直線Ａは純リアクタンス負荷の場合、曲線Ｂは純抵抗
負荷の場合である。

実際の直流電動機６は抵抗をもったりアクタンス負荷で
あるため直ｍＡと曲線Ｂで囲まれた範囲に入り、例えば
曲線Ｃのようになり位相人力Ｖ工が断続を開始する位相
人力Ｖ、より大きい場合と小さい場合とで電機子電流制
御のゲインは大きく異り、一般に９倍程度の差がある。

以上は直流電動機６を単に抵抗をもったりアクタンス負
荷とみなした論議であり、実際は第１０図の等価回路に
示すように直流電動機６は電動機速度Ｎと界磁磁速φの
積に比例した誘起電圧ｖ、１１をもっているのでサイリ
スタ変換器１の出力電流平均値１ｄＯは出力電圧の平均
値Ｖ、と電動機電圧Ｖ。

の差に依存するので前述の直流電動機６を単に抵抗をも
ったりアクタンス負荷とみなした場合の位相入力ｖ１と
サイリスタ変換器１の出力電圧の平均値ｖ２の関係にお
ける位相入力Ｖｄをもってサイリスタ変換器１の出力電
流の瞬時値Ｌｃが断続を開始する断続開始点を予測する
ことはできない。

そこで従来の軽負荷補償方法では断続開始点を予測する
ため第１１図または第１２図に示すように電機子電流検
出信号工を用い、サイリスタ変換器１の出力電流の瞬時
値ｉａｃが断続開始する時の出方電流の平均値Ｉａ（以
下断続開始電流と呼ぶ）を予め設定器７で設定しておき
、電機子電流検出信号工が設定値Ｉｄ以下になったら比
較器８を介して電機子電流制御ゲイン補償回路９を動作
させる方法がとられている。

このため第１１図では直流電動機６を抵抗をもったりア
クタンス負荷と等価とみなし、誘起電圧ｖｌｌに無関係
にするために電機子電圧検出器１０の電機子電圧検出信
号Ｖと電機子電流制御アンプ３の出力ＶＮを突合せて前
記位相器４の位相人力Ｖ。

を制御する電機子電圧制御アンプ１１を設け、誘起電圧
ｖ１１に相当する位相入力の誘起電圧成分を電機子制御
アンプ１１の積分コンデンサ１１Ａに充電された電圧に
対応させ、電機子電流制御アンプ３の出力Ｖ減が誘起電
圧■、かないときと等価な動作をするようにしている。

また第１２図では直流電動機６の電動機速度Ｎを測定し
、界磁電流から求めた界磁磁束との積を乗算器１２で求
め、電機子電流制御アンプ３の後段に設けた加算器１３
に加えることによって誘起電圧に相当する位相入力の誘
起電圧成分を乗算器１２で演算された結果と対応させて
電機子電流制御アンプ３の出力が誘起電圧ｖｌｌがない
場合と等価な動作をするようにしている。

ところが、直流電動機６の誘起電圧Ｖ、かない状態、す
なわち点弧位相αが９０”付近のサイリスタ変換器１の
出力電圧の瞬時値の波形と定格電圧で回転中の直流電動
機６にかかるサイリスタ変換器１の出力電圧の瞬時値の
波形は大きく異るので断続開始電流工、の値も変化し、
眞記電機子電圧制御アンプ１１や誘起電圧Ｖ、を推定す
る乗算器１２を設けても電機子電流制御アンプを誘起電
圧ｖ１かない拘束試験の状態と完全に等価とならず、こ
のため拘束試験で求めた断続開始電流工、のみをもって
設定器７を設定すると低速運転すなわち点弧位相αが９
０°付近では良好な電機子電流制御のゲイン補償が得ら
れるが、高速運転すなわち点弧位相αが比較的小さい範
囲では断続開始電流　工。

は小さくなり、良好なゲイン補償が得られない。

また高速運転中の実負荷試験でもとめた断続開始電流工
、を用いて設定器７を設定すると、低速運転範囲で良好
なゲイン補償が得られない。特に電機子電圧が電動機定
格電圧に達した後さらに界磁電流を減少させて高速運転
を行う界磁弱め制御をもった直流電動機可変速制御装置
においては、拘束試験で求めた断続開始電流工、で設定
器７を設定すると、界磁弱め制御範囲ではゲイン補償の
不良が著しくなる。

従って電動機速度制御において正しい断続開始点を予測
出来ず、このため電機子電流制御応答が断続開始点未満
と以上とで異る制御応答領域が呪われ、断続開始点以下
で電流立上りが非常に遅くなる場合があり、例えば第１
３図に示すように速度基準Ｎにと実際の電動機速度Ｎに
偏差があるにもかかわらず電機子電流が流れず、偏差が
拡大してサイリスタ変換器１の出力電流の瞬時値ｉｄｃ
が連続となってから電機子電流制御応答が速くなって電
機子電流が流れ出すという動作をくりかえし、速度変動
が許容値内に納まらないという問題を生ずる。

（発明が解決しようとする問題点） 本発明はサイリスタ変換器の出力電流の瞬時値Ｉｄｅが
断続を開始する断続開始点をサイリスタ変換器の出力電
流の平均値工、。と点弧位相αあるいはサイリスタ変換
器の出力電圧の平均値Ｖ、を用いて予測し、これに基づ
いて電機子電流制御のゲインを補償することによってサ
イリスタ変換器の出力電圧の瞬時値の波形に関係なく均
一な電機子電流制御応答を得てより安定な制御系の構成
を可能にする直流電動機可変速制御装置の軽負荷補償方
法を提供することを目的としている。

〔発明の構成〕

（問題点を解決するための手段と作用）本発明は、サイ
リスタ変換器に直流電動機の電機子を接続し、サイリス
タ変換器の点弧位相を制御して直流電動機を可変速制御
する直流電動機の可変速制御装置において、上記直流電
動機の軽負荷時におけるサイリスタ変換器出力電流波形
の断続開始点を上記電機子電流の平均値とサイリスタ変
換器の点弧位相あるいは出力電圧の平均値がら予測演算
し、上記予測演算した断続開始点に対応して上記電機子
電流制御のゲインを切換え、これによって軽負荷時にも
サイリスタ変換器の出力波形に関係なく通常負荷時と同
等なゲインで電機子電流の制御が行われ、全速度範囲に
わたって安定な速度制御が得られるようにした直流′ｆ
Ｊｉ動機可変速制御装置の軽負荷補償方法である。

（実施例） 本発明の一実施例を第１図に示す。

第１図は従来の第１２図に対して変化補償回路１４が追
加されており、他は従来の第１２図と同じである。

一般に断続開始点以下、の電動機定格電流に対する割合
ｒ（以下、断続比と呼ぶ）は近似的に次の式で示すこと
ができる。

ｒ　＝　ｋ　ｓｉｎ　（ａ−１０＠）　　　　　　−■
但し、ｋは定数、αは点弧位相である。

第１図では拘束試験で求めた断続開始電流■。

と電動機定格電圧工。の比として求めた断続比ｒを設定
器７に設定し、この設定値を断続比ｒの変化補正回路１
４を用いて■式に従い点弧位相αに応じて変化させる。

すなわち変化補正回路１４によってサイリスタ変換器の
出力電圧の瞬時値の波形が異ることによる断続開始電流
Ｉｄの変化が補正され、常に正しい断続開始点で電機子
電流制御のゲインが修正され、これによって速度に無関
係な軽負荷補償が可能となる。

本発明の他の実施例を第２図に示す。

第２図は、第１図で用いる０式を下記０式ｒ　＝ｋ［−
０，１７＋０．９８α−０，０８ｃｚ”＋−）　　−■
とじて展開し、ｒを近似的にαに比例させたものであり
、従ってαの正弦関数を含む補正回路１４を省略し、抵
抗１４Ａを介してαに比例するｒを与えている。

第３図はさらに他の実施例であり、この場合は電機子電
圧検出器ｌＯで得られる電機子電圧検出信号Ｖの正弦関
数の逆余弦関数で補正を行う断続比ｒの補正回路１４Ｂ
を用いて同等の効果を得ている。

本発明のさらに他の実施例を第４図に示す。−般の直流
電動機におけるリアクタンスと抵抗の比は比較的大きい
ので拘束試験における断続比ｒは０．１〜０．３程度で
あり、またサイリスタ変換器の交流入力の線間電圧実効
値と出力電圧の平均値ｖ２は同じ値であるからサイリス
タ変換器がカ行モードのとき点弧位相αは約９０″から
約４０°まで変化する。これに対し点弧位相αが４０”
の時の断続比ｒは点弧位相αが９０＠の時の約１／２と
なってその変化は比較的小さいので、第４図に示すよう
に界磁弱め制御回路１７をもった直流電動機可変速制御
装置では断続比ｒの変化を固定界磁領域と界磁弱め制御
領域の２段階に切換えるだけの簡略化した断続比切換回
路１５を用いて全可変速範囲にわたって電機子電流応答
を均一化するに十分な効果があり、この場合は界磁弱め
開始点検出器１６の界磁弱め開始点検出信号Ｆｖを用い
て設定器７Ｂを切換える。

第５図は本発明のさらに他の実施例であり、前記界磁弱
め制御回路１７をもった直流電動機可変速制御装置の場
合と同じく、固定界磁の直流電動機可変速制御装置にお
いても電機子電圧の高低に応じて２段階程度に断続比ｒ
を切換れば十分な効果があり、この場合は比較器１８の
切換点設定器１９は電機子電圧が電動機定格電圧の５２
％になる位置に設定される。

第６図は電機子電圧検出回路１０をもたない場合の一実
施例であり、この場合は点弧位相αに応じて２段階程度
に断続比ｒを切換れば十分な効果があり、比較器１８Ａ
の切換設定器１０Ａは通常点弧位相αが５８°になる位
置に設定される。

〔発明の効果〕

以上説明したように本発明によれば、直流電動機の軽負
荷時におけるサイリスタ変換器の出力電流の瞬時値の断
続開始点を、サイリスタ変換器の出力電流の平均値Ｉｄ
ｃと点弧位相αあるいはサイリスタ変換器の出力電圧の
平均値■２から予測しているので、サイリスタ変換器の
出力電圧の瞬時値の波形の違いによらない電機子電流制
御のゲイン補償を可能にし、これによって速度に無関係
に適正な軽負荷補償を行う精度の高い直流電動機可変速
制御装置の軽負荷補償方法が実現できる。

【図面の簡単な説明】

第１図〜第６図は本発明の各実施例を示す系統図、第７
図は軽負荷補償をもたない電機子電流制御装置の一例を
示す系統図、第８図（Ａ）〜（Ｃ）はサイリスタ変換器
の出力電圧および出力電流の瞬時値を時間の関数として
示した図、第９図は位相人力ｖ１とサイリスタ変換器の
出力電圧の平均値ｖ２の関係を示す特性図、第１０図は
直流電動機を誘起電圧ｖ１１と抵抗をもったりアクタン
ス負荷として表わした場合の等価回路図、第１１図およ
び第１２図はそれぞれ従来の軽負荷補償をもった電機子
電流制御装置を示す系統図、第１３図は断続開始点の予
測が適当でなく＠機子電流制御のゲイン補償が正しく行
われていないときの電動機速度制御の速度変動の一例を
示す図である。 １・・・サイリスタ変換器 ２・・・電機子電流検出器 ３・・・電機子電流制御アンプ　　４・・・位相器Ｓ・
・・点弧パルス発生器　　６・・・直流電動機７．７Ａ
、７Ｂ・・・設定器　　８・・・比較器９・・・電機子
電流制御ゲイン補償回路１０・・・電機子電圧検出器 １１・・・電機子電圧制御アンプ １１Ａ・・・積分コンデンサ　　１２・・・乗算器１３
・・・加算器 １４、１４Ａ、　１４Ｂ・・・断続比変化補正回路１５
・・・断続比切換回路 １６・・・界磁弱め開始点検出器 １７・・・界磁弱め制御回路　　１８．１８Ａ・・・比
較器１９、１９Ａ・・・切換点設定器 代理人　弁理士　猪股祥晃（ほか１名）第１図 第２図 第３図 第６図 第７図 第８図 第９図 Ｌ−−−−； 第１０図 第１１図 第１２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. サイリスタ変換器に直流電動機の電機子を接続し、サイ
   リスタ変換器の点弧位相を制御して直流電動機を可変速
   制御する直流電動機の可変速制御装置において、上記直
   流電動機の軽負荷時におけるサイリスタ変換器出力電流
   波形の断続開始点を上記電機子電流の平均値とサイリス
   タ変換器の点弧位相あるいは出力電圧の平均値から予測
   演算し、上記予測演算した断続開始点に対応して上記電
   機子電流制御のゲインを切換えることを特徴とする直流
   電動機可変速制御装置の軽負荷補償方法。