JPS6364598A

JPS6364598A - 誘導機の制御装置

Info

Publication number: JPS6364598A
Application number: JP61203693A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Sasamoto; 笹本　久弥; Toshiaki Okuyama; 俊昭奥山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-09-01
Filing date: 1986-09-01
Publication date: 1988-03-23
Anticipated expiration: 2012-01-08
Also published as: JP2569016B2

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、始動トルクの要求される機械の可変速制御に好適
な制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来からポンプやファンの可変速駆動用としてセルビウ
ス装置が用いられている。これは巻線形誘導機の二次巻
線に順変換器（交流−直流変換器）を接続し、更に直流
リアクトル、及び逆変換器（直流−交流変換器）を介し
て、二次電力を交流電源に回生ずる装置である。この装
置は速度制御範囲の大きさに比例して逆変換器の容量が
増え、さらに低すベリ領域においては、逆変換器の点弧
遅九角が、６≧００の運転を行うことから無効電流が大
きく、システム全体の力率も低下するという欠点があっ
た。このため、通常この種装置は可変速範囲を、６０〜
１００％程度にとる。そして、０〜６０％の速度範囲は
、二次巻線に始動抵抗器を接続し、運転するが、トルク
の不連続が起らないように、その抵抗値は連続可変のも
のが使われ、通常は水抵抗器等の大がかりな装置が使わ
れている。そのため、省スペース、省保守性に反してい
る。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開昭６０−１５６２９７　、特開昭６０−２２６７９４
等が挙げられる。

【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０〜１００％において、逆変換器容量ミニ
マム、高力率であり、また十分な始動トルクが得られ、
さらに始動から定格速度までトルクを連続制御でき、円
滑な速度制御が行える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
側に順変換器を接続し、その出力側に、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
サの直列回路を備え、かつ、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、さらに前記コンデ
ンサに、並列に抵抗を接続し、前記順変換器の出力電流
が指令値となるよう、二次チョッパをオン、オフ制御す
ることにより達成される。

〔作用〕

始動の際には、抵抗器をコンデンサと並列に接続する。

そして、順変換器の出力電流を検出し、二次チョッパを
オン、オフ制御して速度調節器からの電流指令値と比例
するように該電流を制御する。電動機の回転速度が所定
値以上となり、始動終了後は、前記抵抗器を開閉要素に
より切り離し、二次チョッパはそのまま連続して動作さ
せ、二次励磁動作により、該誘導機の可変速制御が行ね
おる。二次チョッパは常に連続して動作する′ため、抵
抗器切り離しの際においても、電動機電流が連続となる
ように制御されるので、トルク変動は生じない。したが
って始動から定常運転に入るまで、連続してトルク及び
速度が制御される。

〔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図において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、３
及び６はトランジスタ、４は逆流阻止用ダイオード、５
はコンデンサである。

３及び６は自己消弧型素子であり、トランジスタ、Ｇ　
Ｔ　Ｏ（４ａｔｅ　ｔｕｒｎ　ｏｆｆ　Ｔｈｙｒｉｓｔ
ｏｒ）などノイずれでも良い、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、９は変圧器である。

本回路においては、トランジスタ３及び６がチョッパ動
作をする。また、２６はコンデンサ５と並列に接続した
抵抗器であり、２７は、電動機始動後に、抵抗器を回路
より切り離すための回路短絡開閉要素であり、半導体素
子で構成した半導体スイッチ或いはコンタクタ−、リレ
ー等で構成される。なお該開閉要素２７は、誘導機始動
時（回転速度が所定値以下の時）は閉路となるように構
成される０以上が主回路構成である。

次に検出部及び制御回路部について説明する。

１ｏはＩＭＩに直結された速度検出器、１１は速度指令
回路、１２は速度検出器１０の信号と速度指令信号の偏
差を増幅して、電流指令信号１本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から送られた電流指
令信号と前記電流検出器１３より得られた電流検出信号
を比較し、トランジスタ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はトランジス
タ３のベースにオン、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部であり、前述の１１〜１５とほぼ
同一手法である。すなわち、１６は電圧指令回路、１７
は電圧検出器、１８は電圧調節器、１９は電流検出器、
２ｏはヒステリシス特性付き比較器、２１はベースアン
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ｉ傘に応じて、トランジスタ
３（ここでは二次チョッパと呼ぶ）をオン。

オフ動作させ、順変換器２の出力電流ｉｄを制御し、こ
れによってＩＭＩの二次電流ｉ！＋更にはこれと比例関
係にある１〜ルクを制御して、速度制御を行う、ところ
で二次チョッパがオフ期間中、直流電流はダイオード４
を介してコンデンサ５に充電される。このとき、ＩＭＩ
の二次電力は、コンデンサ５に送られ、略一定電圧の直
流に変換される０次に、コンデンサ５の電圧が一定とな
るように、トランジスタ６（ここでは回生チョツノ（と
呼ぶ）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、この結果、
逆変換器８を介して交流電源にＩＭＩの二次電力が回生
される。

トランジスタ３．ダイオード４．コンデンサ５及びトラ
ンジスタ６で形成される回路は、すべりによって変動す
る二次電圧、つまり順変換器２の出力電圧を一定電圧の
直流に変換する作用がある。

当然のことながら、回路損失を無視すれば、逆変換器側
に伝達される電力はＩ　Ｍ　１の二次電力に等しくなる
。従って、ポンプやファンのように、トルクが回転数の
二乗で変化するような負荷に対しては、逆変換器で扱う
電力は、最大で電動機出力の１／６で良いことになる。

これは、二次電力が回転数の二乗に比例する二次電力と
、すべりに比例する二次電圧の積であり、すべりが１／
３のとき最大値を示し、その値が電動機出力の１７６と
なるからである。この二次電力は、前述のようにトラン
ジスタ３及び６等の作用により、一定電圧の直流に変換
されるため、回生チョッパ及び逆変換器の電流は、最大
においても順変換器２の定格出力電流（ＩＭＩの定格二
次電流と比例）の約１／６となり、逆変換器８及び変圧
器９の容量を電動機容量の約１／６に低減できる。

また、逆変換器８は一定点弧位相にて制御されるため、
力率はすベリに関係なく常に一定の高い値（Ｑ、７−０
．８）に保持される。特に定格速度（すベリがほぼ零）
付近においては、逆変換器８の電流がほぼ零（二次電力
がほぼ零）となることから、逆変換器８からの無効電力
の発生がなく、システム全体として高力率かつ高効率運
転が行える。したがって、逆変換器容量及びシステム力
率は、速度制御範囲とは無関係となるため、速度範囲を
０〜１００％の全領域にとることができる。

然るに前述のようにして、逆変換器容量を電動機容量の
１／６に設定した場合、回転速度が零（すべり＝１）に
おけるトルク（二次電流）は。

定格の約１７６に制限できる。ポンプ、ファン等の場合
は普通これで十分であるが、始動時における負荷トルク
が大きいような場合においては、これでは、トルク不足
となる。逆変換器の容量を増加させれば、このトルク不
足は解消するが、不経済となるため、次に述べるような
２本発明の方法が採用される。

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。二次入力Ｐ２０は、すベリＳに応じて、機
械出力Ｍと二次電気出力Ｐ２に分れる。すなわち、Ｍ＝　（１５）Ｐ２Ｏ・・・（１）Ｐ、＝ｓＰ２０　　　　　　　　　　　　・＝（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。

ここに、ＷＳ：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が定まる
。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、本実施例においては、
コンデンサ５と並列に抵抗器２６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が、いま抵抗器２
６において消費される電力Ｖｃ、／Ｒを、Ｐ２から逆変
換器８の回生最大電力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。

Ｖｃ２／Ｒ＝Ｐ、−Ｐ　ｒ　　　　　　　　　　−（４
）ここに、Ｒ：抵抗値、Ｖｃ：コンデンサ電圧）これよ
り、抵抗値Ｒは、Ｒ＝　Ｖ　ｃ−／　（Ｐ　ｘ　　　Ｐ　ｒ）　　　　・
・１５）である、なお、抵抗器２６として、固定抵抗値
のものを使用する場合には、Ｒは、該抵抗投入による運
転速度範囲における（５）式の値の最小値に設定する。

このような抵抗値を有する抵抗器２６を前述のように接
続し、二次チョッパ３により、順変換器２の出力電流を
制御すると、逆変換器８の回生電力を上限値以内に制御
しながら、所要トルクを得ることかできる。また、順変
換器２の出力電流ｉｄは、速度調節器１２がらの速度偏
差に応じた電流指令信号ｉ　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速度制御され
る。

上述のように、始動時（すベリ＝１）など低速回転域に
おいて十分なトルクが得られるが、前記付加抵抗２６を
そのまま接続したままで胃くと、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切り離す必要がある。それを行うの
が、開閉要素２７であり、所定の回転速度に達した点に
おいて動作する。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。

以上のようにして、本実施例においては、逆変換器容量
をミニマムにした上で、大きな始動トルクが得られ、ま
た二次チョッパ３により、順変換器出力電流を常に制御
することがら、トルクを連続に制御でき、前記抵抗器が
固定抵抗のものであっても、トルクを所望の値に制御で
き、円滑な速度制御を行うことができる。また単なる二
次抵抗始動の場合のように、抵抗入切時におけるトルク
のステップ状変化は、速度調節器の作用に従い、緩和さ
れる。すなわち、抵抗器の入切りに伴い、電動機電流が
変化すると、トルクが変化し、さらに速度が変動するた
め、速度調節器の出力信号である電流指令信号が変化し
、その結果、電動機電流の変化は、短時間のうちに抑制
され、トルク変動が緩和され、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。例えば、特開昭５９
−１２９５８８のブラシレスかご形誘導機を適用するこ
とも可能である。すなわち、固定子鉄心に巻回された第
１の巻線を巻線形誘導機の一次巻線、第２の巻線を二次
巻線として使用し、この第２の巻線に本発明の制御装置
を接続するのである。この場合、ブラシレスで可変速制
御できるという効果がある。

なお、前記実施例においては、ヒステリシス特性付き比
較器により、電流指令信号と、電流検出器による信号を
比較し、チョッパをオン、オフ制御するものについて説
明したが、電流指令信号と電流検出信号をＰ−Ｉ制御の
電流調節器に加え、その出力信号と、チョッパのオン、
オフ周波数を決定する搬送波信号を比較器に加え、その
出力パルス信号により、チョッパをオン、オフ制御する
ものであっても、同様の制御を行うことができる。

要は、電流指令信号に応じて、電流を制御できるもので
あれば、どのような構成のものでも、所要の動作を行う
ことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、誘導機の始動トルクの
増大が行え、かつ、トルクの連続制御が行えるので、逆
変換器容量を最小としたまま、始動時（すベリ＝１）よ
り最高速度までの全領域において円滑なる速度制御特性
を得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を示
す図である。１・・・巻線形誘導電動機（ＩＭ）、２・・・順変換器
、３・・・トランジスタ、４・・・逆流阻止用ダイオー
ド、５・・・平滑用コンデンサ、６・・・トランジスタ
、８・・・逆変換器、９・・・変圧器、１ｏ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、２
２点弧制御回路、２６・・・抵抗器、２７・・・回路開
閉要素。

Claims

【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、該順変換器に該電流調整用の自
己消弧型素子より成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、コンデンサとの直列回
路を接続し、かつ、前記誘導機の二次電力を変圧器を介
して交流電源に回生するための逆変換器を設けて成る制
御装置において、前記コンデンサに並列に抵抗を接続し
、さらに該抵抗と直列に、回路開閉のための開閉要素を
接続したことを特徴とする誘導機の制御装置。