JPS63262087A - 誘導機の制御装置 - 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〕 本発明は二次励磁制御可能な誘導機の制御装置に係り、
特に広い速度制御範囲にわたってトルクの連続的制御が
要求される用途に好適な制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来の装置は、特公昭５６−２５８７９号に記載のよう
に１巻線形誘導機の二次側に順変換器（交流−直流変換
器）を接続し、該順変換器に誘導機のニ次組流調節用の
チョッパを接続し、該チョッパと並列にダイオードとコ
ンデンサの直列回路を接続し、該ダイオードを介してコ
ンデンサに送られる誘導機の二次電力を該コンデンサに
並列に接続した回生用インバータを用いて交流電源に回
生ずる方式が述べられている。しかし、このものにおい
ては、回転速度を停止から同期速度まで、広い範囲に亘
り制御し、かつ停止から定格トルクを必要とする場合に
は、停止時において誘導機の二次電気出力は、電動機定
格出力に等しく、そのため、制御装置の変換器容量が電
動機容量と同等以上に必要になるため、可変速システム
が高価なものになる問題があった。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、速
度制御範囲が例えば０〜１００％全域においてトルクを
０〜１００％連続制御でき、しかも変換器容量ミニマム
な二次励磁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〕

上記目的は、二次励磁可能な誘導機と、該誘導機の二次
電圧を直流に変換する順変換器、該順変換器の出力を、
オン動作時において直接あるいは直流リアクトルを介し
て短絡する二次チョッパを接続し、該二次チョッパと並
列なダイオードとコンデンサの直列回路を接続し、該コ
ンデンサに伝えられた前記誘導機の二次電力を交流電源
に回生ずるための逆変換器を備えた制御装置において、
前記順変換器の交流側と、誘導機の二次巻線の間に直列
に抵抗を接続することにより、達成される。

〔作用〕

始動時など低速回転時は、前記抵抗に並列接続された開
閉スイッチを開放し、二次チョッパをオン、オフ制御し
て、誘導機の二次電流を調節する。

すべりｓ＝１．定格トルク運転においては、該抵抗には
定格二次電流が流れるが、この時、例えば抵抗器で、誘
導機二次電気出力の２／３を消費し。

１／３を後述の回生インバータを用いて交流電源に回生
ずるようにすれば、回生インバータ及びその交流側に接
続される変圧器の容量は、電動機容量の１／３で済むこ
とになる。トルクを零にする時には、チョッパをオフす
れば良い。また、トルクを０〜１００％の間で制御する
には、チョッパのオン、オフ比制御により二次電流の大
きさを変える。誘導機の二次電流はトルクに比例する。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。１は
巻線形誘導電動機（以下ＩＭと称す）、２はＩＭＩの二
次電圧を直流に変換する順変換器（ダイオード整流器）
、３はそのオン、オフ動作によりＩＭＩの二次電流を制
御する二次チョッパ。

４は逆流阻止用ダイオード、５は二次チョッパがオフ時
において流入する電流を蓄え、その直流電圧を平滑にす
るコンデシす、６はコンデンサの電圧が所定値を維持す
るように回生用逆変換器の電流を制御する回生チョッパ
である。３及び６は自己消弧型素子であるトランジスタ
あるいはＧＴ○が使われる。７は環流ダイオード、８は
、ＩＭＩの二次電力を交流電源に回生ずるためのサイリ
スタ逆変換器（回生インバータ）、９は変圧器である。

２３はＩＭＩの二次巻線と順変換器２の間に接続される
抵抗器、２４は該抵抗器２３の両端を短絡する短絡開閉
要素である。なお、該開閉回路２４は、機械的スイッチ
であっても、半導体スイッチであってもかまわない。

続いて制御回路部について説明する。１０はＩＭＩに直
結された速度発電機、１１は速度指令回路、１２は速度
検出器１ｏの出力信号と速度指令信号の偏差を増幅して
、順変換器２の出力電流の指令信号を出力する速度調節
器である。１３は順変換器２の出力電流を検出するため
の電流検出器、１４は速度調節器１２からの電流指令信
号と前記電流検出信号を比較し、二次チョッパ３のオン
、オフ制御信号を出力するヒステリシス特性付きの比較
器、１５は二次チョッパにオン、オフ制御信号を供給す
るための増幅器である。１６〜２１はコンデンサ５の電
圧を一定に制御するための制御回路であり、前述の１１
〜１５とほぼ同一構成である。すなわち、１６は電圧指
令回路。

１７は電圧検出器、１８は電圧検出器１７の信号と、そ
の指令信号との偏差を増幅して逆変換器８の入力電流の
指令信号を出力する電圧調節器。

１９は逆変換器８の電流検出器、２０は回生チョッパ６
のオン、オフ制御信号を出力するヒステリシス特性付き
比較器、２１はその信号により回生チョッパを駆動する
ためのベースアンプである。

２２は、逆変換器８を一定点弧位相にて点弧制御する回
路である。

この実施例の基本動作は以下の通りである。速度調節器
１２の出力信号ｉｓと電流検出信号ｉの偏差に応じて二
次チョッパ３をオン、オフ動作させ順変換器２の出力電
流ｉｄ及びこれと比例関係にある誘導機二次電流を制御
して、トルクを調節し速度制御を行う。ところで、二次
チョッパ３がオフ期間中、直流電流はダイオード４を介
してコンデンサ５に充電され、その電圧が上昇する。コ
ンデンサ４の電圧が一定となるように次の動作が行われ
る。電圧指令回路１６からの指令信号と電圧検出器１７
の偏差信号に応じてトランジスタ６（回生チョッパ）を
オン、オフ動作させる。トランジスタ６がオン期間中に
流れた電流は逆変換器８に達し、この逆変換器８を介し
て交流電源にＩＭＩの二次電力を回生ずる。このように
してコンデンサ電圧は一定に保たれる。

次に、本発明の内容について述べる。

一般に誘導機のトルクは二次入力Ｐ２０（同期ワット）
に比例する。この二次入力Ｐｒｏは、すベリＳに応じて
、機械出力Ｍと二次電気出力Ｐ２に分かれる。すなわち
、 Ｍ＝　（１−ｓ）　Ｐ２Ｏ・・−・（１）Ｐ２＝ＳＩＩ
Ｐ２ｏ　　　　　　　　……　（２）また、トルクＴと
二次電気出力Ｐ２の関係は、次式にて示される。

Ｐｚ＝□・Ｔ　　　　　　　　・・・・・・　（３）こ
こに、ωＳ：すベリ角周波数、ｐ：極対数である。すな
わち、トルクＴとすべりの関係に従いＰ２が定まり、す
べりｓ　＝１において定格トルクを出力する場合は、Ｐ
２は電動機容量に等しい。

また、Ｐ２は二次チョッパ３及び逆変換器８等の動作に
より、交流電源に回生される部分と１本実施例において
は、ＩＭＩと順変換器２の間に抵抗器２３が接続されて
いることから、そこで消費される部分に分れる。

これを第２図を用いてさらに説明する。いま、抵抗器２
３において消費される電力３　Ｒｉ　ｚ”を、Ｐ２から
逆変換器８の回生可能最大電力Ｐｒを差引いた残りとな
るように定めるとすれば、次式が成立する。

３Ｒ１２２＝Ｐｚ−Ｐｒ　　　　　　　　−（４）ここ
に、Ｒ：抵抗器２３の抵抗値、■２．二二ニー流（トル
クに比例）。これにより、抵抗値Ｒは、である、今、本
実施例において、逆変換器８の容量を、電動機二次電気
出力の１／２をまかなうものとすれば、 となるから、（５）、　（６）式より抵抗値Ｒは、とな
る。

このような抵抗値を有する抵抗器２３を前述のように接
続し、二次チョッパ３１より、二次電流１２を制御する
と、逆変換器８の回生電力をＰ２の１／２に抑制しなが
ら、所要１ヘルクを得ることができる。すなわち、第２
図のｓ＝１からＳ二０．５　の範囲において、Ａのハツ
チング部が逆変換器８が受は持つ回生電力であり、Ｂの
部分が抵抗器２３で消費される分である。

また、順変換器２の出力電流ｉｄは、速度調節器１２か
らの速度偏差に応じた電流指令信号ｊ傘に比例して制御
されるため、回転速度は、速度指令値に一致するように
制御される。

上述のように、始動時（すベリ５＝１）より定格トルク
が得られるが、前記付加抵抗２３をそのまま接続したま
まで置くと、該抵抗においてジュール損を発生し、効率
低下の原因となる。それゆえ、適当なところで該抵抗を
短絡する必要がある。

それを行うのが、開閉要素２４であり、所定の回転速度
に達した点において投入される。本実施例においては、
第２図に示したＱ点であり、Ｓ＝０．５　　の点である
。これ以後二次電力は、全て逆変換器８により交流電源
に回生される。すなわち、第２図に示したｓ＝０．５　
からＳ＝Ｏの範囲におけるハツチング部Ｃである。

以上のようにして、本実施例においては、逆変換器容量
を電動機容量の１／２にした上で、大きな始動トルクが
得られ、また二次チョッパ３により、二次電流を常に制
御することから、トルクを連続し二制御でき、単なる二
次抵抗始動の場合のような抵抗入切時におけるトルクの
ステップ変化はなく、円滑な運転が行える。なお、電動
機は、巻線形誘導機に限らず、二次励磁機能を有する誘
導機ならどれでも良い。

第３図は、本発明の他の実施例を示したものである。図
中、第１図と同一番号は、同一箇所または該当箇所を示
しているので説明を省略する。本実施例で、第１図と異
なる点は、付加抵抗器２５である。すなわち本実施例に
おいては、抵抗器２５に中間タップ２６を設け、さらに
該中間タップ２６と抵抗端子を短絡するスイッチ２７を
設けておき、適当な回転数に達した時、先ずスイッチ２
７を短絡する。さらに別の適当な回転数で開閉要素２４
を投入して、抵抗器２５全体を短絡する。

こうすることによって、本実施例においては、制御装置
容量を電動機容量の１／３にすることができる。これを
第４図においてさらに説明する。すなわち、始動時（ｓ
＝１）　、定格トルク運転においては、抵抗器で一次入
力の２／３を消費、１／３を二次チョッパ２−逆変換器
８で回生ずる。こりの範囲ｓ　＝　２　／　３〜１／３
の領域では、中間タップスイッチ２６を投入することに
よって、抵抗で消費する部分を、図中ＢからＤに減らす
。このｓ　＝　１　／　３〜０の範囲においては、開閉
要素２４を投入することによって、二次電力は全て逆変
換器８により交流電源に回生される。第４図に示したハ
ツチング部Ｅの領域である。すなわち、本実施例では、
電動機容量の１／３の容量の逆変換器を持った制御装置
で、回転速度０〜１００％の全域で、トルク０〜１００
％の連続制御を行うことができる。

第５図は、本発明のさらに別の実施例を示したものであ
る。図中、第１図と同一番号は、同一箇所または該当箇
所を示しているので説明を省略する。第１図と異なる点
は、短絡スイッチ２８である。すなわち本実施例におい
ては、抵抗器２３と順変換器２の間に、三相短絡用のス
イッチ２８を設けである。該スイッチ２８は、もちろん
機械的なものでも、半導体スイッチのいずれでも良いが
、検出用比較器２９によって、順変換器２の故障を検出
した時に投入するようにする。こうすることによって本
実施例では、順変換器−回生用逆変換器系の故障時１回
路を短絡することによって、通常の抵抗制御方式に切り
替えることができ、ＩＭｌの制御不能状態を回避できる
効果がある。なお、３０は、故障検出回路２９の信号に
より、短絡スイッチ２８を動作するための増幅器である
。

〔発明の効果〕

以上のように１本発明によれば、誘導機の始動トルクの
増大が行え、かつ、逆変換器容量を電動機容量より小さ
くしたまま、回転速度０〜１００％の全領域で、トルク
０〜１００％連続制御することができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による誘導機の制御装置の一実施例の説
明図、第２図はパワー分担の説明図、第３図、第４図、
第５図は別の実施例の説明図である。 １・・・巻線形誘導電動機、２・・・順変換器、３・・
・自己消弧素子、４・・・逆流阻止用ダイオード、５・
・・平滑用コンデンサ、６・・・自己消弧素子、８・・
・逆変換器、９・・・変圧器、１０・・・速度検出器、
１１・・・速度指令、１２・・・比較器、１３・・・電
流検出器、１４・・・比較器、１５・・・増幅器、１６
・・・電圧指令、１７・・・電圧検出器、２２・・・点
弧制御回路、２３・・・付加抵抗器、Ａ−１Δ−σ、５
　　　　　Ａ−σ すべ９ Ｊ−・数帆尽 Ｚ７−・’ｐ−ｙ弁 Δ−ｌ　　かシ　　Δ−ン　　Δ−σ すべり

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、二次励磁可能な誘導機と、該誘導機の二次電圧を直
   流に変換する順変換器、該順変換器の出力を、オン動作
   時において直接あるいは直流リアクトルを介して短絡す
   る二次チョッパを接続し、該二次チョッパと並列にダイ
   オードとコンデンサの直列回路を接続し、該コンデンサ
   に伝えられた前記誘導機の二次電力を交流電源に回生す
   るための逆変換器を備えた制御装置において、前記順変
   換器の交流側と、誘導機の二次巻線の間に直列に抵抗を
   接続したことを特徴とする誘導機の制御装置。 ２、特許請求の範囲第１項において、前記抵抗と並列に
   開閉要素を接続し、回転速度が所定値以上となる場合に
   おいて、該開閉要素を閉じるようにしたことを特徴とす
   る誘導機の制御装置。 ３、特許請求の範囲第２項において、前記抵抗は中間タ
   ップを有するものとし、該抵抗のタップと端子間、ある
   いはタップとタップ間に各々開閉要素を接続し、回転速
   度に応じて、各開閉要素を開閉するようにしたことを特
   徴とする誘導機の制御装置。 ４、特許請求の範囲第１項において、前記誘導機の二次
   側を前記抵抗を介して短絡する回路短絡スイッチを設け
   、順変換器以下の制御装置故障時に該短絡スイッチを投
   入するようにしたことを特徴とする誘導機の制御装置。