JPS63144777A - ヒステリシスモ−タの制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明はヒステリシスモータに係り、特にヒステリシス
モータの同期引入れ時に生じる、回生電力の抑制に効果
的なヒステリシスモータの制御装置に関する。

〔従来の技術〕

周知の如く、ヒステリシスモータは自己始動が可能、同
期速度運転９回転むら及び回転騒音が少ない等の特質に
より、各種タイマ用あるいは音響機器用として、広く使
用されている。また、構造簡単で堅牢なことから、近年
超高速回転機としての応用も拡大しつつある。

このようなヒステリシスモータに於ける動作の本質は、
モータロータ材の磁気ヒステリシス現象に基づく。すな
わち、交番する磁界内のヒステリシスループの大きい磁
性体を入れると、磁性体内の磁束が交番する為、ヒステ
リシス特性によるヒステリシス損を生じ、このヒステリ
シス損に比例した力が発生する。

故に、ヒステリシスモータでは、固定子巻線に三相交流
電流を通電することにより、正弦波状の分布状態を有す
る回転磁界が発生し、この回転起磁力がヒステリシスル
ープの大きいモータロータに作用する。この回転起磁力
とそれに励磁されてモータロータ内に発生する磁束との
電磁力により、回転トルクが発生して、モータロータは
回転始動し、電源周波数によって定まる回転数で同期機
として同期運転される。

ヒステリシスモータでのモータロータに発生するトルク
Ｔは、一般に（１）式で示される。

Ｔ＝（Ｐ／２π）・Ｓ・Ｖｏ　　　　　・・・（１）た
だし、Ｓ　；ヒステリシスループの面積■ｏ　；モータ
ロータの体積 Ｐ　；極対数 すなわち、ヒステリシスモータに於けるトルクは、Ｓ、
Ｖｏ、Ｐだけで決定され、すベリには依存しない。これ
は所謂ヒステリシスモータの定トルク性で、一般の同期
機と異なり、簡単に自己始動して任意の慣性を持つ負荷
を同期速度に引き入れる性質を意味する。

また、モータ出力Ｐｏｕｔは一般に（２）式で表わせる
。

Ｐｏｕｔ　＝　１．０２７　・Ｎ−Ｔ　　　　　　・＝
（２）ただし、Ｎ；ロータ回転数 すなわち、モータ出力は、電源周波数によって定まる回
転数Ｎと、上述したトルクＴに比例する。

トルク自体は前述の如く、モータ仕様が決まれば、ロー
タ材のヒステリシスループの面積の大きさによって定ま
る。また、該ヒステリシスループ面積は、励磁電圧の大
きさによって定まる。したがって、モータ出力は励磁電
圧の大小により、その大きさも変動する。

このように、ヒステリシスモータでは、固定子巻線励磁
電圧によりモータ出力は左右されるが、モータ回転数は
電源周波数のみで定められ、電源電圧の大きさの影響は
受けない。これ等については、例えば、電気学会雑誌（
昭和４０年１０月。

Ｐ１１８〜１２６）に詳細に論じられている。

ところで従来、ヒステリシスモータを始動加速する場合
、定格周波数、定格電圧による全電圧始動（直入れ始動
）、あるいは近年急速に発達した半導体を用いた可変電
圧可変周波数のインバータ電源によるパターン運転で始
動していた。これ等の運転技術及び電源制御技術につい
ては、例えば、特公昭６０−３１１９８号などに見られ
るように幾多の提案がなされている。

しかし、これ等の提案では、モータ回転数が電源周波数
によって定まる回転数で同期運転に至った直後、すなわ
ち同期引入れ直後に生じる、回生電力による電流電圧の
擾乱については考えられておらず、配慮がなされていな
かった。

【発明が解決しようとする問題点〕

上記した如く、従来技術ではモータ昇速時に於ける制御
に主眼がおかれ、同期引入れ時の電力擾乱については配
慮されておらず、回生電力による′〕インバータ電源装
置の破損保護という面で問題が−あった。

本発明の目的は、上記不具合に鑑み、同期引入れ時の回
生電力を低減せしめ、電力の擾乱を抑制して電源装置を
保護すると共に、電源容量の低減及び省電力運転が期待
できるヒステリシスモータの制御装置を提供することに
ある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記した目的は、ヒステリシスモータが同期速度運転に
達する、同期引入れ直前の非同期運転におけるモータ印
加電圧を、所定の定格電圧より低く設定せしめることに
より達成できる。

すなわち、モータロータが電源周波数によって決まる回
転数に達する同期引入れ時に、加速トルクによりモータ
ロータの回転数が、電源周波数より若干高くなる。所謂
オーバシュート現象を呈する。この時、ヒステリシスモ
ータは、同期発電機となり、したがって回生電力を発生
し、電力の擾乱を引きおこす。それ故、同期引入れ直前
に、モータ印加電圧を定格値より若干下げて、加速トル
クを小さくし、同期引入れ時のオーバシュートをおさえ
、回生電力の発生を低減させる。

〔作用〕

インバータ電源とヒステリシスモータの関係を第４図に
示す。第４図に於て、１は、交流を直流に変換する順変
換器回路２．突入電流防止用リアクトル３．平滑コンデ
ンサ４、および直流電圧を任意の交流電圧に変換するた
めの逆変換器回路５から構成される。所謂、可変周波数
可変電圧を出力するＶＶＶＦインバータ電源装置１であ
る。また、６は上記インバータ電源装Ｒ１により駆動さ
く８） れるヒステリシスモータである。

通常、負荷慣性が大きく、かつ高速回転駆動の場合の昇
速運転は、第５図に示すように時間ｔの経過に伴い、イ
ンバータ電源の出力周波数ｆと出力電圧Ｖの比率をほぼ
一定に保って、双方の大きさを一定間隔あるいは、すべ
り周波数が所定の値より小さくなった時点で、階段的に
変える所謂パターン運転方式によりモータを加速上昇さ
せる。

一般にこの種の駆動モータでは、加速時の時間る必要ト
ルクに対して、２〜３倍の加速トルクを有している。換
言すれば、モータ容量及びインバータ容量は、定速同期
運転時の実用容量に対して、２〜３倍の容量を有するこ
とを意味する。したがって、加速非同期運転時のインバ
ータ出力（モータ入力）Ｐは第５図の破線で示したよう
に、鋸歯状的に推移し、同期引入れ後の定速同期運転時
でのそれは、加速トルク分を必要としないので、加速時
に比べて小さな値となる。それ故、インバー夕電源の容
量は、定速同期運転時の実用容量に対して、２〜３倍大
きい最大出力点であるａ点で決定される。

前述した如く、この種のモータは、定速運転時の必要ト
ルクに対して、加速トルクが大きい為、非同期運転から
同期運転に移行する同期引入れ時に、モータ回転数が電
源周波数で決まる同期回転数より高くなる。所謂オーバ
シュート現象を起す。

オーバシュート現象を起すと、ヒステリシスモー’ｐ１
．は同期発電機として機能するため、インバータ電□源
出力Ｐは急変し、第５図に示した如く、ｂ点で回生電力
を発生する結果となる。この回生電力により第４図に示
したインバータ電源装置１の直流電圧が異常に上昇し、
インバータ電源装置１を破損する不具合を生じる。

」二記した不具合は、定速同期運転時の必要トルクに対
して、加速トルクが大きい為に発生する現象である。し
たがって、同期引入れ直前の加速トルクを低減して、同
期引入れ時のオーバシュー１−を小さくすれば、上記不
具合は解消される。すなわち、第６図に示す如く、同期
引入れ直前のインバータ電源出力電圧Ｖを定格電圧より
小さく設定することにより、インバータ電源出力（モー
タ入力）Ｐが低下し、加速トルクも減少するので、同期
引入れ時のオーバシュートが小さくなり、回生電力の発
生が防止できる。

また、同期引入れ直前のインバータ電源出力電圧Ｖを小
さく設定することにより、インバータ電源の最大出力も
同図Ｃ点の如く小さくなるので、インバータ電源装置の
容量も低減される。なお、定速同期運転に達した後、必
要であればインバータ電源出力電圧（モータ印加電圧）
■を定格電圧値まで上昇すれば、駆動モータの定格出力
が得られることは言うまでもない。このとき、定速同期
運転中にインバータ電源出力電圧を変えても、インバー
タ出力Ｐの擾乱は極く小さいので、何等不具合は生じな
い。　　− 尚、前述した如く、ヒステリシスモータは一種の同期機
であるので、モータ印加電圧を変化させることにより、
モータ出力を変えることは出来るが、回転数を変化させ
ることはない。したがって、。

電源周波数が不変であれば、モータ印加電圧の如何に関
わらず、同期回転数は一定である。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図に於て、２は例えばサイリスタ等で構成され、交流を
直流に変換する順変換器回路、３は突入電流防止用リッ
ク１〜ル、４は平滑コンデンサ、５は例えばトランジス
タ素子等で構成され、直流を交流に変換するための効変
換器回路である。

また、７は出力周波数及び出力電圧を定める基本信号を
発生する周波数指令回路、８は周波数指令回路の出力信
号をパルス化するパルス発振器、９はパルス発振器の出
力信号を所定の位相差を有する６相分の信号に分割する
パルス分配回路、１０はパルス分配回路の出力信号によ
り、前記逆変換器回路５を駆動するためのベース駆動回
路である。

さらに１１は、前記周波数指令回路７の出力信号をイン
バータ電源出力電圧指令に変換するための、加算あるい
は減算機能を有する電圧指令回路、１２は電圧指令回路
の出力信号により、前記順変換器回路２の位相を制御し
てインバータ電源の出力電圧を制御する位相制御回路、
１３は位相制御回路の出力信号により順変換器回路を駆
動するためのゲート回路である。

さらにまた、１４は絶縁トランス１７を介して、ヒステ
リシスモータ６の誘起電圧を検出して、パルス信号に変
換するパルス発生回路、１５はパルス発生回路１４の出
力信号を電圧量に変換する電圧変換器、１６は電圧変換
器の信号により、前記電圧指令回路１１を制御するため
の、タイマ機能及び判断機能を有するリミット制御回路
である。

以上の構成によりインバータ電源１は、可変周波数可変
電圧を出力する電源装置として機能する。

次に各部の動作について説明する。あらかじめ定めれら
たパターン信号が周波数指令回路７より出力され、この
信号を基にしてパルス発振器８において、インバータ電
源の出力周波数を定めるパルス信号に変換される。その
パルス信号をパルス分配器９において、所定の位相角を
有する６相分のベース駆動信号に変換発生せしめ、ベー
ス駆動回路１０を介して逆変換器回路５に付加し、逆変
換器回路５を駆動する。かくして、逆変換器５は周波数
指令回路７の指令に対応した周波数で作動する。

また、電圧指令回路１１は周波数指令回路７の信号によ
り定められた電圧指令信号を出力する。

この信号を基に、位相制御回路１２において、順変換器
回路２を駆動する為の所定の位相差を有する位相制御信
号を出力する。この位相制御信号をゲート回路を介して
、順変換器回路２に付加し、順変回路２を駆動する。か
くして、順変換器回路２は、周波数指令回路７の指令に
対応した電圧を発生するよう作動する。

上記の如く構成された電源装置において、電圧指令回路
の動作を外部信号により変更することで、インバータ電
源出力電圧が変えられる。すなわち、例えばヒステリシ
スモータ６の誘起電圧を絶縁トランス１７を介して検出
し、パルス発生回路１４においてパルス信号に変換する
。このパルス信号を電圧変換器１５により、Ｆ／Ｖ変換
する。これにより、モータ回転数に対応した電圧信号が
得られる。さらに該電圧変換器１５の出力信号を、リミ
ット制御回路１６において、所定の大きさに達したか否
かを判別し、所定の大きさ以上の場合にのみ、信号を出
力させる。このリミット制御回路出力信号を前記電圧指
令回路１１の減算器機能の一端に入力し、前記周波数指
令回路７からの信号と合算する。しかして、該電圧指令
回路１１の出力信号は、周波数指令回路７の出力信号か
ら、リミット制御回路１６の出力信号を減算した大きさ
となる。

上述した関係を第２図のフロー、チャートで説明する。

第２図に於て、電圧変換器１５の出力信号はヒステリシ
スモータの誘起電圧をＦ／Ｖ変換して求めたので、モー
タの回転数に比例した値となる。したがって、電圧変換
器の出力信号よりモータの回転数が求められ、同期引入
れ直前の時点が知れる。それ故、この点をリミット制御
回路１６のトリガーレベルとし、トリガーレベルを越え
た時点よりリミット制御回路より信号が出力される。

しかして、電圧指令回路１１に於て、前記周波数指令回
路７の出力信号より上記リミット制御回路出力信号を減
算することで、第２図に示した如くの電圧指令回路出力
信号が得られ、インバータ電源出力電圧が抑制される。

リミット制御回路出力信号は、必要であれば作動開始時
Ｔ１より一定時間経過後の１２時点で、リミット制御回
路１６に内蔵されたタイマーにより停止される。これに
より電圧指令回路１１の出力信号は、周波数指令回路７
の出力信号に対応した値となり、したがって、インバー
タ電源の出力電圧もそれに準じた値となる。

リミット制御回路１６の作動開始時は、トリガーレベル
の設定如何で決まるので、必要に応じて決められる。ま
た、作動停止時点も、タイマー設定であるため、モータ
の同期引入れ時点Ｔｏ以降であれば、何れに設定しても
よい。

このように、電圧指令回路１１の出力信号を変えること
により、同期引入れ直前のインバータ電源出力電圧は低
減できる。かくして、モータの加速トルクが抑制された
状態で同期引入れが行なわれるので、同期引入れ時に生
じるオーバシュート現象がおさえられ、回生電力による
不具合も防止できる。

上述した実施例では、周波数指令回路７の出力信号が階
段状に変化する場合について述べたが、該周波数指令回
路７の出力信号が直線的に変化する場合でも、同様の構
成でよい。また、リミット、゛声御回路１６の出力信号
の大きさ及び形態を変えることにより、電圧指令回路１
１の出力信号の形態も種々変化できる。したがって、イ
ンバータ電源出力電圧の変動形態は電圧指令回路１１の
出力信号形態を制御することにより種々変化できる。

さらに上述実施例では、電圧指令回路１１の出力信号を
該電圧指令回路１１内の減算器機能により変えたが、こ
れを加算器機能としても、リミット制御回路１６の出力
信号の極性を反転することにより、同様の結果が得られ
ることは言うまでもない。

また、上記実施例では、モータの誘起電圧を検出して回
転数に変換し、リミット制御回路出力信号を発生せしめ
ているが、誘起電圧の代りに速度発電の信号を用いても
よい。さらに、モータの同期引入れ直前の設定にさほど
精度が要求されない場合には、周波数指令回路７の出力
信号を直接リミット制御回路に入力して、電圧指令回路
の出力信号を制御してもよい。さらにまた、リミット制
御回路１６の出力信号を、該リミット制御回路１６のタ
イマ機能のみで、起動開始後の時間に応じて０Ｎ−ＯＦ
ＦＬ、でも、電圧指令回路１１の出力信号を制御するこ
とは可能である。

上記実施例では、インバータ電源装置の出力電圧制御を
順変換器回路で行なう所謂ＰＡＭ制御方式で説明したが
、逆変換器回路で出力周波数及び出力電圧を同時に制御
する所謂ＰＷＭ制御方式インバータ電源装置に於ても、
同一の効果は得られる。この場合の回路構成は第３図に
示す如くになる。第３図に於て第１図と同一構成要素は
、第１図と同一符号を付し説明を省略する。第３図にお
いて、１８はダイオード素子等で構成される順変換器回
路で、商用周波数の交流を直流に変換する。

１９はＰＷＭ制御回路で、周波数指令回路７の出力信号
及び電圧指令回路１１の出力信号を基に、所望のインバ
ータ電源出力電圧及び出力周波数を発振する為のＰＷＭ
信号を出力し、ベース駆動回路１０を介して逆変換器回
路５を制御する。

以上の構成とすることにより、前述したＰＡＭ制御方式
と同一機能同一効果が得られる。

また、以上の実施例ではハード的に構成した例を挙げて
説明したが、周知のディジタル計算機を採用し、本発明
の技術思想をソフト的に実現することも出来る。

〔発明の効果〕

以上述べた如く、本発明によれば、ヒステリシスモータ
を昇速運転する場合、同期づ１人れ時の回生電力を低減
せしめ、電力擾乱による電源装置の破損を防止すると共
に、電源容量の低減及び省電力運転が期待できる実用的
なヒステリシスモータの制御装置を実現することができ
る。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るヒステリシスモータの
制御装置構成図、第２図は電圧指令回路の入、出力信号
関係図、第３図は本発明の他の実施例に係るヒステリシ
スモータの制御装置構成図、第４図はインバータ電源と
ヒステリシスモータの関係図、第５図はヒステリシスモ
ータの昇速特性を説明する図、第６図は改善内容を説明
する図である。 １・・・インバータ電源装置、２・・・ヒステリシスモ
ータ、７・・・周波数指令回路、１１・・・電圧指令回
路、１６・・・リミット制御回路、１９・・・ＰＷＭ制
御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、可変電圧可変周波数のインバータ電源装置を介して
   給電されるヒステリシスモータにおいて、上記ヒステリ
   シスモータが同期運転に達する前に、上記インバータ電
   源装置の出力電圧を定格電圧より低く設定し、該定格電
   圧より低い状態で同期運転に至らしめることを特徴とす
   るヒステリシスモータの制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記インバータ電
   源装置は、前記同期運転に至つた後、当該出力電圧を定
   格電圧まで上昇せしめることを特徴とするヒステリシス
   モータの制御装置。 ３、特許請求の範囲第１項において、前記ヒステリシス
   モータが同期運転に達する直前であることを検出する手
   段を備え、該手段に応じて前記インバータ電源装置に対
   する電圧指令値を、定格電圧より低い電圧に設定するよ
   うに構成したことを特徴とするヒステリシスモータの制
   御装置。 ４、特許請求の範囲第３項において、前記直前であるこ
   とを検出する手段は、前記ヒステリシスモータの回転数
   に比例した信号、又は前記インバータ電源装置に対する
   指令周波数に比例した信号が所定値を越えたことから検
   出するように構成したことを特徴とするヒステリシスモ
   ータの制御装置。 ５、特許請求の範囲第３項において、前記直前であるこ
   とを検出する手段は、前記ヒステリシスモータが起動開
   始後所定時間経過したことから検出するように構成した
   ことを特徴とするヒステリシスモータの制御装置。 ６、特許請求の範囲第２項において、前記同期運転に至
   つたことを検出する手段を備え、該手段が同期運転を検
   出していることを条件に、前記インバータ電源装置に対
   する電圧指令値を、定格電圧まで上昇可能にすることを
   特徴とするヒステリシスモータの制御装置。 ７、特許請求の範囲第６項において、前記検出手段は、
   前記ヒステリシスモータの回転数に比例した信号、又は
   前記インバータ電源装置に対する指令周波数に比例した
   信号が定格値に達つした後所定時間経過したことから検
   出するように構成したことを特徴とするヒステリシスモ
   ータの制御装置。 ８、特許請求の範囲第６項において、前記検出手段は、
   前記ヒステリシスモータの起動開始後の経過時間、又は
   出力電圧を定格電圧より低く設定した後の経過時間が所
   定時間を越えたことから検出するように構成したことを
   特徴とするヒステリシスモータの制御装置。