KR20090009967A

KR20090009967A - 교류 회전기의 제어 장치

Info

Publication number: KR20090009967A
Application number: KR1020087030085A
Authority: KR
Inventors: 요시히코 긴파라; 마사키 고노; 기요시 에구치; 게이타 하타나카; 미츠오 가시마; 고우이치 아리사와
Original assignee: 미쓰비시덴키 가부시키가이샤
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2009-01-23
Also published as: CA2654432C; CN101443995A; EP2034604A1; CA2654432A1; CN101443995B; WO2008001445A1; EP2034604A4; TWI345364B; JP4757306B2; HK1129264A1; KR101037519B1; TW200803147A; US8022660B2; US20090251083A1; JPWO2008001445A1

Abstract

교류 회전기의 온도 변화하에서도, 교류 상전류의 진폭의 큰 변화를 억제하여, 교류 회전기를 안정하게 기동할 수 있는 교류 회전기의 제어 장치를 제안한다.

제어 수단은, 교류 회전기에 대한 기동 제어를 포함하는 제어를 실시하도록 구성되고, 상기 제어 수단은, 기동 제어에서는, 검출 전류에 근거하여 상기 교류 회전기의 저항 강하에 따른 저항 강하 성분을 연산하고, 상기 전압 지령으로부터 상기 저항 강하 신호를 감산한 감산값에 근거하여 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하며, 아울러, 상기 제어 수단은, 기동 제어에서는, 교류 상전류의 진폭이 소정의 함수에 따라서 변화되도록 교류 출력 전압의 진폭을 조정한다.

Description

교류 회전기의 제어 장치{AC ROTATING MACHINE CONTROLLER}

본 발명은 전력 변환기를 이용하여 교류 회전기를 제어하는 교류 회전기의 제어 장치에 관하는 것으로, 특히 교류 회전기를 프리런(free-run) 상태 등으로 기동하는 기동 제어를 행하는 교류 회전기의 제어 장치에 관한 것이다.

교류 회전기의 회전 각속도 검출기를 이용하지 않고서, 전력 변환기에 의해 교류 회전기의 가변속 제어를 행하는 교류 회전기의 제어 장치에서는, 회전 각속도 검출기에 필요한 가격 및 배선을 생략할 수 있다. 그러나, 회전 각속도 검출기를 이용하지 않기 때문에, 교류 회전기가 프리런 상태, 즉 전력 변환기가 전력 변환 동작을 정지하고, 교류 회전기가 임의의 회전 속도로 회전하고 있는 상태로 기동할 때에, 교류 회전기의 회전 속도를 알 수 없으므로, 이 때문에, 교류 회전기의 토크 및 회전 속도에 큰 변동을 발생시키지 않고서, 안정한 기동을 행하는 것이 곤란하다.

일본 특허 공개 소화 제63-77397호 공보(특허 문헌 1)에는, 회전 각속도 검출기를 이용하지 않고서, 유도 전동기를 기동하는 기동 방법이 개시되어 있다. 이 특허 문헌 1에서는, 전력 변환기의 각 상출력 전압을 지령하는 스위치 상태 신호와 직류 전압원의 전압 검출값과 전동기 전류 검출값을 이용하여 전동기의 순시 자속 벡터 신호 및 순시 발생 토크 신호가 연산되고, 이들 전동기의 순시 자속 벡터 신호와 순시 발생 토크 신호를 이용하여, 3개의 제어 플래그가 발생된다. 이들 3개의 제어 플래그의 조합에 의해, 토크 응답을 최적화하는 전압 벡터를 발생하도록 전력 변환기의 스위칭 상태가 지정되어, 전동기의 발생 토크가 지령값을 추종하도록 제어되고, 또한 자속 벡터가 근사적 원 궤적을 그리도록 제어되어, 유도 전동기가 프리런 상태로부터 기동된다. 이 기동 제어에서는, 전력 변환기에 있어서의 교류 전압의 각주파수를, 정상 운전시에 발생하는 최고 각주파수보다 높게 설정한 후에, 전력 변환기의 직류 입력 측의 개폐기(4)가 투입되어, 동기 인입을 실행한다.

특허 문헌 1: 일본 특허 공개 소화 제63-77397호 공보

발명의 개시

발명이 해결하고자 하는 과제

특허 문헌 1에서는, 유도 전동기에 있어서의 1차 단자 전압 벡터값과, 1차 단자 전류 벡터와, 1차 권선 저항에 근거하여 유도 전동기의 순시 자속 벡터 신호가 연산되고, 이 순시 자속 벡터 신호가 소망하는 값을 유지하도록, 전력 변환기에 대한 전압 지령이 보정된다. 그러나, 유도 전동기가, 예컨대 옥외에 배치되는 경우, 그 온도는 크게 변동하여, 예를 들어 한겨울에는 영하로 내려가고, 또한 유도 전동기의 과부하 연속 운전에서는 100℃를 넘는다. 특허 문헌 1의 제어 장치는, 이 유도 전동기의 온도 변화하에서, 유도 전동기의 순시 자속 벡터 신호가 소망하는 값을 유지하도록, 전력 변환기에 대한 전압 지령을 보정하여 기동하지만, 유도 전동기의 온도 변화에 따라, 유도 전동기에 흐르는 교류 상전류의 진폭에도 큰 변화가 발생하여, 기동시에 교류 상전류가 커지는 문제점이 있고, 최악의 경우에는, 보호 기능이 작동하는 사태가 발생하여, 유도 전동기를 기동할 수 없는 사태로 된다. 또한, 특허 문헌 1의 제어 장치에서는, 순시 자속 벡터 신호가 소망하는 값을 유지하도록, 전력 변환기에 대한 전압 지령이 보정되기 때문에, 보정의 지연을 위해서, 기동시에 유도 전동기의 출력 토크의 흔들림이 발생하여, 쇼크 및 회전수 변동이 일어나는 문제점이 있다.

본 발명은 이러한 문제점을 개선하여, 안정한 기동을 행할 수 있는 교류 회전기의 제어 장치를 제안하는 것이다.

과제를 해결하기 위한 수단

본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치는, 전류 지령에 근거하여 전압 지령을 발생하고, 이 전압 지령에 근거하여 스위칭 지령을 발생하는 제어 수단, 상기 스위칭 지령에 근거하여 진폭과 각주파수가 제어된 교류 출력 전압을 발생하는 전력 변환기, 이 전력 변환기에 접속된 적어도 하나의 교류 회전기, 및 상기 전력 변환기로부터 상기 교류 회전기에 흐르는 교류 상전류에 근거하여 검출 전류를 출력하는 전류 검출기를 구비한 교류 회전기의 제어 장치로서, 상기 제어 수단은, 상기 교류 회전기에 대한 기동 제어를 포함하는 제어를 행하도록 구성되고, 상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 검출 전류에 근거하여 상기 교류 회전기의 저항 강하에 따른 저항 강하 성분을 연산하고, 상기 전압 지령으로부터 상기 저항 강하 신호를 감산한 감산 출력에 근거하여 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하며, 아울러, 상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 교류 상전류의 진폭이 소정의 함수에 따라서 변화되도록, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하는 것을 특징으로 한다.

발명의 효과

본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치에서는, 제어 수단이, 기동 제어에서는, 검출 전류에 근거하여 교류 회전기의 저항 강하에 따른 저항 강하 성분을 연산하고, 전압 지령으로부터 저항 강하 신호를 감산한 감산 출력에 근거하여 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하기 때문에, 순시 자속 벡터 신호가 소망하는 값을 유지하도록, 전력 변환기에 대한 전압 지령을 보정하는 종래의 제어 장치와 같은 지연을 수반하지 않고, 전력 변환기의 교류 출력 전압의 각주파수를 조정할 수 있고,아울러, 전력 변환기로부터 교류 회전기로 흐르는 교류 상전류의 진폭이 소정의 함수에 따라서 변화되도록, 전력 변환기의 교류 출력 전압의 진폭을 조정하기 때문에, 교류 회전기의 온도 변화하에서도, 교류 상전류의 진폭의 큰 변화를 억제하여 교류 회전기를 안정하게 기동할 수 있다.

도 1은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 1을 나타내는 블록도,

도 2는 실시예 1에 있어서의 함수 발생기와 밴드 패스 필터의 출력 파형을 나타내는 파형도,

도 3은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 3을 나타내는 블록도,

도 4는 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 4를 나타내는 블록도,

도 5는 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 5를 나타내는 블록도,

도 6은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 6을 나타내는 블록도,

도 7은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 7을 나타내는 블록도.

발명을 실시하기 위한 최선의 형태

이하, 본 발명의 몇 개의 실시예에 대해서 도면을 참조하여 설명한다.

(실시예 1)

도 1은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 1을 나타내는 블록도이다. 이 실시예 1의 교류 회전기의 제어 장치는, 전력 변환기(1)와, 교류 회전기(2)와, 전류 검출기(3)와, 제어 회로(10)를 포함한다. 전력 변환기(1)는, 예컨대 3상 전력 변환기이며, 직류 전력과 3상의 교류 전력과의 전력 변환을 행한다. 전력 변환기(1)는 직류 전원에 서로 병렬로 접속되는 U, V, W의 3상 변환 회로를 포함한다. U, V, W의 각 변환 회로는 주지한 바와 같이, 각각 정(正)측과 부(負)측의 1쌍의 스위치를 포함하고, 각 변환 회로의 1쌍의 스위치 사이에 3상의 교류 급전로(1u, 1v, 1w)가 접속된다.

전력 변환기(1)는, 구체적으로는, 가변 전압 가변 주파수형의 3상 전력 변환기로서 구성된다. 이 전력 변환기(1)는 제어 회로(10)로부터 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*을 받아서, 직류 전력을 3상 교류 전력으로 변환할 때에는, 이 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*에 근거하여, 제어된 출력 전압과, 제어된 각주파수를 가진 3상 교류 전력을 발생한다. 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*은, 각각 U, V, W상의 변환 회로에 공급되어, 각 변환 회로의 1쌍의 스위치를 제어된 위상으로 온, 오프한다.

교류 회전기(2)는 실시예 1에서는 교류 유도기(2I)이고, 구체적으로는, 3상의 유도 전동기이며, 3상의 교류 급전로(1u, 1v, 1w)를 통해서 전력 변환기(1)에 접속된다. 전류 검출기(3)는, 예컨대 교류 급전로(1u, 1v)에 배치되어, 전력 변환 기(1)로부터 교류 유도기(2I)에 흐르는 교류 상전류, 즉 U상 전류 iu와, V상 전류 iv에 근거하여 검출 전류 idet를 발생한다. 이 검출 전류 idet는 U상 검출 전류 iudet, V상 전류 성분 ivdet을 포함한다. U상 전류 성분 iudet는 U상 교류 급전로(1u)에 흐르는 U상 전류 iu에 대응하고, V상 전류 성분 ivdet는 V상 교류 급전로(1v)에 흐르는 V상 전류 iv에 대응한다. 실시예 1에서는, 교류 회전기(2)가 교류 유도기(2I)이기 때문에, 그 기동 기간에 전력 변환기(1)로부터 교류 유도기(2I)에 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw는, 교류 유도기(2I)에 대한 여자 전류이다.

제어 회로(10)는 전압 지령 발생 수단(11)과, 좌표 변환기(31, 32)와, 위상 신호 발생 수단(40)을 포함한다. 전압 지령 발생 수단(11)은 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표 상에서 전압 지령 v^*을 발생한다. 이 전압 지령 v*은 d축 전압 지령 vd^*와 q축 전압 지령 vq^*을 포함한다. 전압 지령 발생 수단(11)은 기동 전류 지령 수단(12)과, 기동 후의 전류 지령 수단(15)과, 전환 수단(18)과, 전류 제어기(20)를 포함한다.

기동 전류 지령 수단(12)은 제어 회로(10)에 의해 교류 유도기(2I)의 기동 제어를 행할 때에 사용된다. 이 기동 제어는, 전력 변환기(1)가 전력 변환 동작을 정지하고, 교류 유도기(2I)가 프리런 상태에 있을 때에, 전력 변환기(1)를 기동하여 그 전력 변환 동작을 개시시키고, 이 전력 변환기(1)에 의해 교류 유도기(2I)를 기동할 때에 사용된다. 이 기동 제어는, 교류 유도기(2I)에 전기자 자속 Φ이 상승하기까지의 기동 기간 SP의 기간 동안에 실행된다. 이 기동 기간 SP는, 구체적 으로는 수십 미리초 내지 수백 미리초이고, 실시예 1에서는, 예를 들면 1O0미리초, 즉 100(msec)로 설정된다. 기동 전류 지령 수단(12)은, 이 기동 기간 SP에서, 기동 전류 지령 i1^*를 발생한다.

기동 전류 지령 수단(12)은 함수 발생기(13)와, 밴드 패스 필터(14)를 포함하고, 기동 전류 지령 i1^*를 발생한다. 기동 전류 지령 i1^*는 d축 기동 전류 지령 id1^*과, q축 전류 지령 iq1^*을 포함한다. 밴드 패스 필터(14)는 함수 발생기(13)에 접속되어, d축 기동 전류 지령 id1^*을 발생한다. q축 기동 전류 지령 iq1^*은, 실시예 1에서는, 예를 들면 0으로 되어, iq1^*=0이다. 이 q축 기동 전류 지령 iq1^*=0은 외부로부터 인가된다.

기동 후의 전류 지령 수단(15)은 기동 완료 후에 전환 수단(18)을 전환함으로써, 기동 전류 지령 수단(12)을 대신하여 사용된다. 이 기동 후의 전류 지령 수단(15)은 기동 후의 전류 지령 i2^*을 발생한다. 이 기동 후의 전류 지령 i2^*은 d축 전류 지령 id2^*과 q축 전류 지령 iq2^*을 포함한다. 전류 지령 회로(15)는 d축 전류 지령기(16)와, 비례 이득 승산기(17)를 갖는다. d축 전류 지령기(16)는 기동 후의 d축 전류 지령 id2^*을 발생한다. 비례 이득 승산기(17)는 토크 지령 τ^*을 받고, 이 토크 지령 τ^*에 비례 게인 K를 승산하여, q축 전류 지령 Iq2*을 발생한다. iq2^*=τ^*×K이다.

전환 수단(18)은, 기동 기간 SP의 경과 후에, 기동 전류 지령 수단(12)으로부터 기동 후의 전류 지령 수단(15)으로의 전환을 행한다. 이 전환 수단(18)은, 기동 기간 SP에는, 기동 전류 지령 수단(12)으로부터 기동 전류 지령 i1^*를 전류 지령 i^*로서 전류 제어기(20)에 공급하고, 기동 기간 SP가 경과한 후는, 기동 후의 전류 지령 수단(15)으로부터 전류 지령 i2^*을 전류 지령 i^*로서 전류 제어기(20)에 공급한다. 이 전환 수단(18)은 d축 전환 스위치(18d)와, q축 전환 스위치(18q)를 포함한다. d축 전환 스위치(18d)는 d축 기동 전류 지령 id1^*과, 기동 후의 d축 전류 지령 id2^*과의 전환을 행한다. q축 전환 스위치(18q)는 q축 기동 전류 지령 iq1^*과, 기동 후의 q축 전류 지령 iq2^*과의 전환을 행한다. 이들 전환 스위치(18d, 18q)는 서로 연동하여 전환된다. 기동 기간 SP에서는, 전환 스위치(18d)는 d축 기동 전류 지령 id1^*을 선택하여, 이 d축 기동 전류 지령 id1^*을 d축 전류 지령 id^*로서 전류 제어기(20)에 공급하고, 또한 전환 스위치(18q)는 q축 기동 전류 지령 iq1^*을 선택하여, 이 q축 기동 전류 지령 iq1^*을 q축 전류 지령 iq^*로서 전류 제어기(20)에 공급한다. 기동 기간 SP가 경과한 후에는, 전환 스위치(18d, 18q)가 모두 전환되고, 전환 스위치(18d)는 기동 후의 d축 전류 지령 id2^*을 선택하여, 이 d 축 전류 지령 id2^*을 d축 전류 지령 id^*로서 전류 제어기(20)에 공급하고, 또한 전환 스위치(18q)는 기동 후의 q축 전류 지령 iq2^*을 선택하여, 이 q축 전류 지령 iq2^*을 q축 전류 지령 iq^*로서 전류 제어기(20)에 공급한다.

도 2(a)는 기동 전류 지령 수단(12)의 함수 발생기(13)로부터 출력되는 계단 형상 함수 지령 is^*을 나타내고, 도 2(b)는 그것에 근거하여, 밴드 패스 필터(14)로부터 출력되는 필터 함수 지령 if^*를 예시한다. 실시예 1에서는, 필터 함수 지령 if^*가 d축 기동 전류 지령 id1^*로서 출력된다. 도 2(a), (b)에 있어서, 가로축은 공통의 시간축이다. 함수 발생기(13)의 계단 형상 함수 지령 is^*은 시각 0.1(초)에 있어서 상승하는 계단 형상 파형이지만, 밴드 패스 필터(14)로부터 출력되는 필터 함수 지령 if^*는 시간 경과와 함께 감소한다. 실시예 1에서는, 교류 유도기(2I)의 각주파수의 제어 범위를 1~60(Hz)로 하고, 밴드 패스 필터(14)의 통과 대역폭도 그에 맞춰서 1~60(Hz)로 하였다.

밴드 패스 필터(14)를 사용하지 않는 것에서는, 함수 발생기(13)의 계단 형상 함수 지령 is^*을 d축 기동 전류 지령 id1^*로서 전류 제어기(20)에 공급하지만, 예컨대 교류 회전기(2)가 교류 유도기(2I)이고, 이 유도 유도기(2I)를 기동할 경우에는, 교류 유도기(2I)의 회전 각주파수 성분을 포함하는 전압 및 전류를 지령하면 충분하여, 이들 지령에 필요한 주파수 이외의 주파수 성분은 공급하지 않더라도, 교류 유도기(2I)를 기동할 수 있다. 도 2(a)에 나타내는 함수 발생기(13)의 계단 형상 함수 지령 is^*에서는, 모든 주파수 대역에 대해서 같은 진폭으로 되지만, 밴드 패스 필터(14)로부터 출력되는 필터 함수 지령 if^*는 기동에 필요한 주파수 대역만을 추출하기 때문에, 함수 발생기(13)의 계단 형상 함수 지령 is^*을 d축 기동 전류 지령 id1^*로 하는 것과 비교하여, 전력 변환기(1)의 전류 진폭을 작게 억제할 수 있다.

전력 변환기(1)의 전류 내량 특성이, 단시간에 발생하는 전류에 대하여 관대한 경우에 있어서는, 함수 발생기(13)의 계단 형상 함수 지령 is^*을 d축 기동 전류 지령 id1^*로 하는 것보다도, 밴드 패스 필터(14)의 필터 함수 지령 if^*를 d축 기동 전류 지령 id1^*로 하는 쪽이 보다 큰 d축 기동 전류 지령 id1^*을 인가할 수 있어, 교류 회전기(2)로부터 얻어지는 검출 전류 idet의 정밀도를 향상시키고, 위상 신호 발생 회로(40)에 의한 각주파수 ω의 연산 정밀도를 향상시킬 수 있다. 이와 같이 밴드 패스 필터(14)는 불필요한 신호 성분을 차단한 필터 함수 지령 if^*를 생성하기 때문에, 기동 기간 SP에서, 기동에 불필요한 전류 지령 성분을 급전하지 않고서, 효율적으로 교류 회전기(2)를 기동할 수 있다.

또한, 함수 발생기(13)는 계단 형상 함수 지령 is^*을 발생하는 것으로 했지만, 계단 형상 함수 지령 is^* 대신에, M계열 신호 또는 난수표를 이용한 유사 잡음 신호를 발생하도록 할 수도 있다. 이 경우에도, 밴드 패스 필터(14)는 기동에 필요한 주파수 성분만을 통과시켜서, 필터 함수 지령 if^*를 발생하기 때문에, 기동을 위한 불필요한 전류 성분을 공급하지 않고 효율적으로 기동할 수 있다.

좌표 변환기(31)는 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표로부터 3상 시간 좌표로의 좌표 변환기로서, 전압 지령 v^*을 받아서, 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*을 발생한다. 이 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*은 전력 변환기(1)에 공급된다. 좌표 변환기(32)는, 3상 시간 좌표로부터, 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표로의 좌표 변환기이며, 전류 검출기(3)로부터 검출 전류 idet를 받아서, 그것을 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표 상의 검출 전류 i로 변환한다. 이 회전 2축 좌표 상의 검출 전류 i는 d축 검출 전류 id와, q축 검출 전류 iq를 포함한다.

d축 검출 전류 id와, q축 검출 전류 iq는 모두 전압 지령 발생 수단(11)의 전류 제어기(20)에 공급된다. 전류 제어기(20)는 d축 전류 지령 Id^*와, q축 전류 지령 iq^*와 함께, d축 검출 전류 id와 q축 검출 전류 iq를 받아서, d축 검출 전류 id를 d축 전류 지령 id^*과 같게 하고, 또한 q축 검출 전류 iq를 q축 전류 지령 iq^* 와 같게 하도록, d축 전압 지령 vd^*과 q축 전압 지령 vq^*을 발생한다.

전술한 바와 같이 기동 기간 SP에서는, 제어 수단(10)은 기동 전류 지령 수단(12)을 사용하여, 이 기동 전류 지령 수단(12)의 기동 전류 지령 id^*에 근거하여 전압 지령 v^*을 발생하고, 이 전압 지령 v^*에 근거하여, 좌표 변환기(31)에 의해 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*을 발생하여 전력 변환기(1)를 기동한다. 이 기동 기간 SP에서, 전력 변환기(1)로부터 교류 유도기(2I)로 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw는 교류 유도기(2I)에 대한 여자 전류이고, 이 교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭은 기동 전류 지령 i1^*에 의해 결정된다. 기동 전류 지령 i1^*에서는, d축 기동 전류 지령 id1^*은 밴드 패스 필터(14)로부터 출력되는 필터 함수 지령 if^*로 되고, 또한, q축 전류 지령 iq1^*은 0으로 된다.

교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭을 ia라고 하면, 이 진폭 ia는 다음의 식(1)로 표시된다.

단, a는 정수이다.

기동 기간 SP에서는, id1^*=id^*이고, 또한 iq1^*=iq^*=0이기 때문에, 진폭 ia는 다음의 식(2)로 된다.

환언하면, 교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭은 식(2)와 같이 d축 기동 전류 지령 iq1^*에 의해 결정된다. 교류 유도기(2I) 등의 교류 회전기(2)가 예컨대 옥외에 배치되는 경우, 그 온도는 크게 변동하여, 예를 들어 한겨울에는 영하로 되고, 또한 교류 회전기(2)의 과부하 연속 운전에서는 100℃를 넘기 때문에, 교류 회전기(2)의 전기자 저항 R은 그 온도의 변화에 따라 크게 변동한다. 그러나, 실시예 1에서는, 기동 기간 SP에서는, 교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭은 d축 기동 전류 지령 id1^*에 의해 결정되고, 전류 제어기(20)에 의해 전류 제어되기 때문에, 교류 회전기(2)의 온도 변화의 영향을 받지 않는다. 따라서, 기동 기간 SP에서, 이 교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭이 교류 회전기(2)의 온도 변화에 따라 크게 변화하는 일은 없어, 보호 기능이 작동하는 사태는 발생하지 않고, 교류 회전기(2)를 안정하게 기동할 수 있다.

다음에, 위상 신호 발생 수단(40)에 대해서 설명한다. 이 위상 신호 발생 수단(40)은 교류 회전기(2)의 저항 강하 연산 수단(41)과, 감산 수단(43)과, 적분기(45)와, 제산기(46)와, 적분기(47)를 포함한다. 저항 강하 연산 수단(41)은 d축 저항 강하 연산기(41d)와, q축 저항 강하 연산기(41q)를 포함한다. d축 저항 강하 연산기(41d)에는 좌표 변환기(32)로부터 d축 검출 전류 id가 공급되고, 이 d축 검출 전류 id에 교류 회전기(2)의 전기자 저항 R을 승산하여, d축 저항 강하 성분 (R×id)을 출력한다. q축 저항 강하 연산기(41q)에는 좌표 변환기(32)로부터 q축 검출 전류 iq가 공급되고, 이 q축 검출 전류 iq에 교류 회전기(2)의 전기자 저항 R을 승산하여, q축 저항 강하 성분 (R×iq)을 출력한다.

감산 수단(43)은 d축 감산기(43d)와 q축 감산기(43q)를 포함한다. d축 감산기(43d)에는 전류 제어기(20)로부터 d축 전압 지령 vd^*가 공급되고, 또한 d축 저항 강하 연산기(41d)로부터 d축 저항 강하 성분 (R×id)이 공급된다. 이 d축 감산기(43d)는 d축 전압 지령 vd^*로부터 d축 저항 강하 성분 (R×id)을 감산하여, 그것들의 감산 출력 (vd^*-R×id)을 출력한다. q축 감산기(43q)에는 전류 제어기(20)로부터 q축 전압 지령 vq^*가 공급되고, 또한 q축 저항 강하 연산기(41q)로부터 q축 저항 강하 성분 (R×iq)이 공급된다. 이 q축 감산기(43q)는 d축 전압 지령 vq^*로부터 q축 저항 강하 성분 (R×iq)을 감산하여, 그것들의 감산 출력 (vq^*-R×iq)을 출력한다.

적분기(45)에는 d축 감산기(43d)로부터 감산 출력 (vd^*-R×id)이 공급된다. 적분기(45)는 상기 감산 출력 (vd^*-R×id)을 적분하여, 적분 출력 Φd를 출력한다. 이 적분 출력 Φd는 교류 회전기(2)의 전기자 자속 Φ를, 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표 상의 d축 성분 Φd와 q축 성분 Φq로 분해하여, 그 q축 성분 Φq를 0으로 했을 때의 d축 성분 Φd에 상당한다. 제산기(46)에는 q축 감산기(43q)로부터 감산 출력 (vq^*-R×iq)이 공급되고, 또한 적분기(45)로부터 적분 출 력 Φd가 공급된다. 제산기(46)는 감산 출력 (vq^*-R×iq)을 적분 출력 Φd로 제산하여, 제산 출력 ω를 발생한다. 즉, 이 제산 출력 ω는 다음의 식(3)으로 표시된다.

이 제산 출력 ω는 교류 회전기(2)의 전기자 자속 Φ의 q축 성분 Φq를 0으로 했을 때에, 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 각주파수 ω에 상당한다.

적분기(47)에는 제산기(46)로부터 제산 출력 ω가 공급되고, 이 제산 출력 ω를 적분하여, 위상 신호 θ를 발생한다. 이 제산 출력 ω는 교류 회전기(2)의 전기자 자속 Φ의 q축 성분 Φq을 0으로 했을 때에, 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 위상 θ에 상당한다. 이 위상 신호 θ는 좌표 변환기(31, 32)에 공급된다. 좌표 변환기(31)는 상기 위상 신호 θ에 의해, 직교하는 d, q축을 포함하는 회전 2축 좌표 상의 전압 지령 v^*을 3상 시간 좌표 상의 스위칭 지령 Su^*, Sv^*, Sw^*으로 변환하고, 또한 좌표 변환기(32)는 위상 신호 θ에 의해, 3상 시간축 상의 검출 전류 iudet, ivdet를, 직교하는 d, q축을 포함하는 회전 2축 좌표의 d, q축 상의 검출 전류 id, iq로 변환한다.

이와 같이, 위상 신호 발생 수단(40)에서는, 전류 검출기(3)에 의해 검출한 검출 전류 idet에 근거하여, 교류 회전기(2)의 d축 저항 강하 성분 (R×id) 및 q축 저항 강하 성분 (R×iq)을 연산하여, d축 전압 지령 vd^* 및 q축 전압 지령 vq^*로부터 이들 d축 저항 강하 성분 (R×id) 및 q축 저항 강하 성분 (R×iq)을 각각 감산하고, 그 감산 출력 (vd^*-R×id), (vq^*-R×iq)에 근거하여 교류 회전기(2)에 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw의 각주파수 ω를 연산하기 때문에, 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 각주파수를, 상기 교류 회전기에 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw의 각주파수에 일치하도록 조정할 수 있다.

위상 신호 발생 수단(40)에서 연산하는 각주파수 ω에 대해서 더 설명한다. 직교하는 d축과 q축을 포함하는 회전 2축 좌표가 임의의 각주파수 ω로 회전하고 있는 경우, 교류 회전기(2)의 전기자 자속 Φ의 d축 성분 Φd와 q축 성분 Φq는 다음의 식(4), (5)로 표시된다.

단, vd^*, vq^*는 전압 지령 발생 수단(11)의 전류 제어기(20)에 의해 발생되는 회전 2축 좌표 상의 전압 지령이고, id, iq는 교류 회전기(2)에 흐르는 교류 상전류 iu, iv에 따른 검출 전류 iudet, ivdet를 좌표 변환기(32)에 의해 회전 2축 좌표 상으로 변환한 검출 전류이다.

또한, 교류 회전기(2)의 출력 토크 τm은 다음의 식(6)으로 표시된다.

단, Pm은 교류 회전기(2)의 대극(對極) 수이다.

회전 2축 좌표의 d축 방향과 전기자 자속 Φ의 방향이 일치하고 있는 경우에는, 전기자 자속 Φ의 q축 성분 Φq는 0으로 되어, Φq=0이다. 그래서, 식(4), (5)에 각각 Φq=0을 대입하면, 다음의 식(7), (8), (9)가 얻어진다.

환언하면, 직교하는 d, q축을 포함하는 회전 2축 좌표를 식(7), (8), (9)에 따라서 연산한 각주파수 ω에 동기하여 회전시키면, 회전 2축 좌표의 d축 방향과 전기자 자속 Φ의 방향을 일치시킬 수 있어, 전기자 자속 Φ의 q축 성분 Φq를 0, 즉 Φq=0으로 할 수 있다.

위상 신호 발생 수단(40)은 상기 식(7), (8), (9)에 따라서 각주파수 ω를 연산한다. d축 감산기(43d)는 식(7)에서의 (vd^*-R×id)를 연산하고, 적분기(45)는 식(7)로 표시되는 전기자 자속 Φ의 d축 성분 Φd를 연산한다. q축 감산기(43q)는 식(9)에서의 (vq^*-R×iq)를 연산하고, 제산기(47)는 식(9)로 표시되는 각주파수 ω를 연산한다. 위상 신호 θ는 각주파수 ω에 근거하여 산출되어, 좌표 변환기(31, 32)의 좌표 변환을 제어하기 때문에, 결과적으로, 직교하는 d, q축을 포함하는 회전 2축 좌표는 식(9)에 따라서 연산한 각주파수 ω에 동기하여 회전하고, 회전 2축 좌표의 d축 방향과 전기자 자속 Φ의 방향을 일치시킬 수 있어, 전기자 자속 Φ의 q축 성분 Φq를 0, 즉 Φq=0으로 할 수 있다. 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교 류 출력 전압의 각주파수는 회전 2축 좌표의 회전 각주파수 ω에 대응하고, 이 회전 2축 좌표의 회전 각주파수와 같아지도록 제어되기 때문에, 상기 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 각주파수는 교류 회전기에 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw의 각주파수에 일치하도록 조정된다.

부가하여, 실시예 1에서는, 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 각주파수의 제어와 더불어, 기동 전류 지령 회로(12)가, 기동 기간 SP에 q축 기동 전류 지령 iq1^*=0을 q축 전류 지령 iq^*로서 전류 제어기(20)에 공급한다. 따라서, 기동 기간 SP에서는, Φq와 함께 iq*도 0으로 된다. 즉, iq^*=0이고, Φq=0이다. 이 때문에, 기동 기간 SP에는, 식(6)의 (Φd×iq-Φq×id)는 0으로 되고, 교류 회전기(2)의 출력 토크 τm은 0, 즉 τm=0으로 유지된다.

이상과 같이 실시예 1에서는, 회전 2축 좌표의 각주파수 ω는 좌표 변환기(31, 32)에 대한 위상 신호 θ에 의해 제어되기 때문에, 지연도 없이, 전력 변환기(1)로부터 출력되는 교류 출력 전압의 각주파수를, 교류 회전기(2)에 흐르는 교류 상전류 iu, iv, iw의 각주파수에 일치시킬 수 있고, 아울러, 기동 기간 SP에서, 교류 회전기(2)의 출력 토크 τm을 0으로 하여, 프리런 상태에 있는 교류 회전기(2)를 기동함으로써, 교류 회전기(2)의 출력 토크가 기동 기간 SP에서 변동하는 것을 방지하여, 교류 회전기(2)에 쇼크 및 회전수 변동이 발생하는 것을 억제할 수 있다. 특허 문헌 1의 종래의 제어 장치에서는, 각주파수 ω에 근거하여, 전력 변환기의 출력 전압의 각주파수를 보정하기 때문에, 보정의 지연에 의한 축 어긋남이 발생하지만, 실시예 1에서는, 이 보정의 지연에 의한 축 어긋남을 해소하고, 쇼크 및 회전수 변동을 억제하여 교류 회전기(2)를 기동할 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 전류 제어기(20)에 공급되는 기동 전류 지령 i1^*는, 교류 회전기(2)의 전기자 저항 R에 관계 없이, 기동 전류 지령 회로(12)로부터 인가되어, 교류 상전류 iu, iv, iw의 진폭을 결정한다. 따라서, 교류 회전기(2)의 온도 조건에 따라서 교류 회전기(2)의 전기자 저항 R이 변화되더라도, 기동 전류 지령 i1^*는 상기 전기자 저항 R의 영향을 받지 않는다. 따라서, 기동 기간 SP에서, 교류 회전기(2)의 온도 조건에 따라 그 전기자 저항 R이 변화되더라도, 교류 회전기(2)에 흐르는 교류 전류의 진폭이 변동하는 일은 없고, 그 결과, 기동 기간 SP에서 과전류 보호 등의 보호 기능이 작동하는 사태를 회피하여, 안정한 기동을 실시할 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 기동 전류 지령 회로(12)에 의해, 기동 기간 SP에서의 q축 기동 전류 지령 iq1^*을 0으로 유지함과 아울러, 전류 제어기(20)에서 발생시키는 q축 전압 지령 vq^*의 기동 기간 SP에서의 초기값을 0으로 하여 기동을 실행한다. 이 경우, 기동 기간 SP의 스타트 시점에서는, iq1^*=0, vq^*=0으로 된다. 따라서, 기동 기간 SP의 스타트 시점에서는, q축 감산기(43q)의 감산 출력 (vq^*-R×iq)도 0으로 되고, 제산기(46)의 제산 출력 ω도 0으로 된다. 환언하면, 기동 기간 SP의 스타트 시점에서는, 각주파수 ω가 0으로 되고, 이 각주파수 ω는 기동 기간 SP의 경과와 함께 상승한다.

특허 문헌 1의 제어 장치에서는, 기동 기간의 스타트 시점에서, 전력 변환기의 각주파수를, 전력 변환기의 정상 운전시에 발생하는 최고의 각주파수보다 높게 설정하기 때문에, 기동 기간의 스타트 시점에서, 전력 변환기의 각주파수는 정 또는 부 중 어느 하나를 선택한 후에, 최고 각주파수 이상의 주파수로 설정할 필요가 있어, 상기 교류 회전기의 회전 방향에 따라 기동 응답이 상이한 결과로 된다. 실시예 1에서는, 기동 기간 SP의 스타트 시점에서, 전력 변환기(1)의 각주파수 ω를 0으로 하여 기동을 실행하기 때문에, 교류 회전기(2)의 회전 방향에 관계 없이, 항상 안정한 기동을 실행할 수 있다.

또한, 실시예 1에서는, 기동 기간 SP에서, q축 기동 전류 iq1^*를 0으로 유지하지만, 기동 기간 SP에서, q축 기동 전류 지령 iq1^*를 0 이외의 소정값으로 유지하도록 하더라도 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다. 이 경우, 전기자 자속 Φ의 d축 성분 Φd는 d축 기동 전류 지령 id1^*의 증가에 따라 0으로부터 증대하고, 교류 회전기(2)의 출력 토크 τm은 전기자 자속의 d축 성분 Φd의 증가에 따라 증대한다. 그러나, 기동 기간 SP에서, d축 기동 전류 지령 id1^*이 0으로부터 증대하기 때문에, 교류 회전기(2)의 출력 토크 τm도 0으로부터 증대하는 결과로 되어, 큰 쇼크 및 급격한 회전수 변동을 억제하면서, 교류 회전기(2)를 안정하게 기동할 수 있다.

(실시예 2)

실시예 1은 교류 회전기(2)가 프리런 상태에 있을 때에 교류 회전기(2)를 기동하는 것이지만, 이 실시예 2는 교류 회전기(2)가 프리런 상태에 있는지, 정지 상태에 있는지 판별할 수 없을 때에 교류 회전기(2)를 기동하는 것이다. 제어 회로(10)는 실시예 1과 동일하게 구성되어, 전력 변환기(1)를 기동하고, 교류 회전기(2)를 기동한다. 교류 회전기(2)가 프리런 상태에 있을 때의 기동 제어는 실시예 1과 동일하고, 또한, 교류 회전기(2)가 정지 상태에 있는 경우에도 그와 마찬가지로 하여 안정한 기동을 실행할 수 있다.

교류 회전기(2)가 정지 상태에 있을 때에는, 기동 기간 SP의 스타트 시점에서는, 교류 회전기(2)의 회전 각주파수는 0이고, 위상 신호 발생 회로(40)에서 연산되는 각주파수 ω도 0으로 되지만, 전력 변환기(1)가 기동됨에 따라, 교류 회전기(2)의 전기자 자속 Φ이 서서히 상승하여, 안정한 기동을 실행할 수 있다.

(실시예 3)

도 3은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 2를 나타내는 블록도이다. 이 실시예 3은 실시예 1에 있어서의 제어 수단(10)이 제어 수단(10A)으로 치환되고, 이 제어 수단(10A)에서는 실시예 1의 기동 전류 지령 수단(12)이 기동 전류 지령 수단(12A)으로 치환된다. 이 기동 전류 지령 수단(12A)에서는 밴드 패스 필터(14)가 제거되고, 함수 발생기(13)로부터 계단 형상 함수 지령 is^*을 d축 기동 전류 지령 id1^*으로 하여, 전환 수단(18)의 d축 전환 스위치(18d)를 통해서 전류 제어기(20)에 공급한다. 그 밖에는 실시예 1 또는 2와 동일하게 구성된다.

이 실시예 3에서는, 밴드 패스 필터(14)에 의해, 기동 전류 지령 Id1^*의 불필요한 성분을 절단하는 것은 불가능하지만, 그 밖에는 실시예 1 또는 2와 동일한 효과를 얻을 수 있다.

(실시예 4)

도 4는 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 4를 나타내는 블록도이다. 이 실시예 4에서는, 교류 회전기(2)로서 동기기(2S)를 사용한다. 이 동기기(2S)는 구체적으로는 예컨대 3상 동기 전동기이다.

교류 회전기(2)가 동기기(2S)이더라도, 식(1)~식(9)는 마찬가지로 성립하기 때문에, 실시예 4에서도, 기본적으로는 실시예 1과 동일한 기동 제어가 행해진다. 이 실시예 4에서는, 동기기(2S)의 사용에 따라, 실시예 1의 제어 수단(10)이 제어 수단(10B)으로 치환되고, 이 제어 수단(10B)에서는 실시예 1의 기동 전류 지령 수단(12)이 기동 전류 지령 수단(12B)으로 치환된다. 이 기동 전류 지령 수단(12B)에서는 q축 기동 전류 지령 iq1^*을 0으로 함과 아울러, d축 기동 전류 지령 id1^*도 0, 즉 id1^*=0으로 하고, 이 id1^*=0을 전환 수단(18)의 d축 전환 스위치(18d)를 통해서 전류 제어기(20)에 공급한다. q축 기동 전류 지령 iq1^*=0은, 실시예 1과 마찬가 지로, 전환 수단의 q축 전환 스위치(18q)를 통해서 전류 제어기(20)에 공급된다. 그 밖에는 실시예 1과 동일하게 구성된다.

실시예 1에서는 교류 회전기(2)가 유도기(2I)이고, 이 프리런 상태에 있는 유도기(2I)를 기동하기 위해서는, 유도기(2I)에 회전 각속도 성분의 전압 및 전류의 급전이 필요하지만, 프리런 상태에 있는 동기기(2S)를 기동할 경우에는, 회전자에 기인하는 유기 전압이 동기기(2S)에 발생하기 때문에, 전력 변환기(1)로부터 회전 각속도 성분의 전압 및 전류를 공급할 필요가 없고, 이 때문에, d축 기동 전류 지령 id1^*를 0으로 하고 있다. 동기기(2S)를 기동할 때, 그 기동 기간 SP의 스타트 시점에서, 극히 단시간에 동기기(2S)에 발생하는 유기 전압을 상쇄하도록, 교류 상전류 iu, iv, iw가 흐르기 때문에, 이 교류 상전류 iu, iv, iw에 근거하여, 실시예 1과 마찬가지로, 위상 신호 발생 수단(40)이 각주파수 ω를 연산하고, 이 각주파수 ω에 근거하여, 전력 변환기(1)의 교류 출력 전압의 각주파수를 제어한다. 이 실시예 4에서는, d축 기동 전류 지령 id1^*을 0으로 함으로써, 불필요한 전류를 동기기(2S)에 급전하지 않고, 효율적으로 동기기(2S)를 기동할 수 있다. 또한, q축 기동 전류 지령 iq1^*은 실시예 1과 마찬가지로 0으로 하고 있지만, 0 이외의 소정값으로 할 수도 있다.

(실시예 5)

도 5는 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 5를 나타내는 블 록도이다. 이 실시예 5에서도, 실시예 4와 마찬가지로, 교류 회전기(2)로서 동기기(2S)를 사용한다.

실시예 5에서는, 실시예 4에 있어서의 제어 수단(10B)이 제어 수단(10C)으로 치환되고, 이 제어 수단(10C)에서는 실시예 4의 기동 전류 지령 수단(12B)이 기동 전류 지령 수단(12C)으로 치환된다. 이 기동 전류 지령 수단(12C)에서는, d축 기동 전류 지령기(19)가 사용되고, 기동 기간 SP에서, d축 기동 전류 지령 id1^*이 상기 d축 기동 전류 지령 id1^*로부터, 전환 수단(18)의 d축 전환 스위치(18d)를 통해서 전류 제어기(20)에 공급된다. 이 d축 기동 전류 지령기(19)에는, d축 기동 전류 지령 id1^*=0으로 하는 외부 지령 io=0과, 위상 신호 발생 수단(40)의 제산기(46)로부터 각주파수 ω가 공급된다. 그 외는 실시예 4와 동일하게 구성된다.

d축 기동 전류 지령기(19)는 제산기(46)로부터의 각주파수 ω의 절대값이 소정값 ωBASE보다 작은 경우에는, 외부 지령 io에 근거하여, d축 기동 전류 지령 id1^*을 0, 즉 id1^*=0으로 한다. 또한, d축 기동 전류 지령기(13A)는 제산기(46)로부터의 각주파수 ω의 절대값이 소정값 ωBASE 이상인 경우에는, 외부 지령 io에 근거하여, d축 기동 전류 지령 id1^*을 (A-B/ω)로 한다.

이것을 식으로 나타내면, 다음의 식(10)으로 된다.

단, A, B는 정수, ωBASE=B/A이다.

상기 d축 기동 전류 지령기(19)를 사용함으로써, 각주파수 ω의 절대값이 ωBASE보다 작을 때에는, 동기기(2S)를 기동하기 위해서 불필요한 전류를 동기기(2S)에 공급하지 않고, 효율적으로 동기기(2S)를 기동하고, 또한 각주파수 ω의 절대값이 ωBASE 이상일 때에는, A-B/ω을 부(負)값으로 하여, 약한 자속 제어를 실행한다. 전력 변환기(1)의 전압 포화를 방지할 수 있다. 또한, q축 기동 전류 지령 iq1^*은 실시예 1과 마찬가지로 0으로 하고 있지만, 0 이외의 소정값으로 할 수도 있다.

(실시예 6)

도 6은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 6을 나타내는 블록도이다. 이 실시예 6은 전력 변환기(1)에 2대의 교류 회전기, 구체적으로는 2대의 유도기(2I1, 2I2)를 서로 병렬로 접속한 것이다. 유도기(2I1, 2I2)는 서로 정격이 같은 3상 유도 전동기이며, 예컨대 전기차에 탑재되어 전기차를 구동한다.

유도기(2I1, 2I2)는 서로 같은 전기자 저항 R을 갖는다. 이 유도기(2I1, 2I2)는 전력 변환기(1)에 서로 병렬로 접속되기 때문에, 전력 변환기(1)에서 본 합성 전기자 저항은 (R/2)로 된다. 이 실시예 6에서는, 실시예 1에 있어서의 제어 수단(10)이 제어 수단(10D)으로 치환되고, 이 제어 수단(10D)에서는 실시예 1의 위상 신호 발생 수단(40)이 위상 신호 발생 수단(40D)으로 치환된다. 이 위상 신호 발생 수단(40D)은 저항 강하 연산 회로(41D)를 갖고, 이 저항 강하 연산 수단(41D)은 d축 저항 강하 연산기(411d)와 q축 저항 강하 연산기(411q)를 갖는다. 그 밖에는 실시예 1과 동일하게 구성된다.

d축 저항 강하 연산기(411d)는 좌표 변환기(32)로부터 d축 검출 전류 id의 공급을 받고, 상기 d축 검출 전류 id에 (R/2)를 승산하여, d축 저항 강하 {(R/2)×id}를 출력한다. q축 저항 강하 연산기(411q)는 좌표 변환기(32)로부터 q축 검출 전류 iq의 공급을 받고, 이 q축 검출 전류 iq에 (R/2)를 승산하여, q축 저항 강하 {(R/2)×iq}를 출력한다. 이들 d축 저항 강하와 q축 저항 강하에 근거하여, d축 감산기(43d)는 감산 출력 {vd^*-(R/2)×id}을 출력하고, q축 감산기(43q)는 감산 출력{vq^*-(R/2)×iq}을 출력한다. 또한, 적분기(45)는 적분 출력 ∫{vd^*-(R/2)×id}dt를 출력하기 때문에, 이 실시예 6에 있어서의 제산기(46)의 제산 출력 ω는 다음의 식(11)로 된다.

실시예 6의 위상 신호 발생 수단(40D)은 식(11)에 따라서 각주파수 ω를 연산하고, 전력 변환기(1)의 교류 출력 전압의 각주파수는 상기 각주파수 ω와 같아지도록 제어된다. 이 실시예 6에서도, 프리런 상태에 있는 2대의 유도기(2I1, 2I2)를, 실시예 1과 마찬가지로, 안정하게 기동할 수 있다. 3대 이상의 유도기를 전력 변환기(1)에 병렬로 접속하는 경우에는, 그 접속 대수에 따라서 저항 강하 연산 회로(41D)에서의 승산 계수를 조정함으로써, 마찬가지로, 프리런 상태에 있는 3 대 이상의 유도기를 안정하게 기동할 수 있다.

(실시예 7)

도 7은 본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치의 실시예 7을 나타내는 블록도이다. 이 실시예 7은 전력 변환기(1)에, 2대의 교류 회전기, 구체적으로는 2대의 동기기(2S1, 2S2)를 서로 병렬로 접속한 것이다. 동기기(2S1, 2S2)는, 예컨대, 서로 정격이 같은 3상 동기 전동기이다. 동기기(2S1, 2S2)의 사용에 따라, 실시예 6의 제어 수단(10D)이 제어 수단(10E)으로 치환되고, 이 제어 수단(10E)에서는, 제어 수단(10D)의 기동 전류 지령 수단(12)이 기동 전류 지령 수단(12B)으로 치환된다. 이 기동 전류 지령 수단(12B)은 실시예 4와 동일하다. 그 밖에는 실시예 6과 동일하게 구성된다.

프리런 상태에 있는 동기기(2S1, 2S2)를 기동할 때, 동기기(2S1, 2S2)의 자극 위치가 일치하면, 이들 동기기(2S1, 2S2) 사이에 순환 전류가 흐르지 않는다. 프리런 상태에 있는 동기기(2S1, 2S2)를 기동하는 경우에, 동기기(2S1, 2S2)가 무부하이면, 그들 동기기(2S1, 2S2)에 순환 전류가 흐르지 않는 상태가 안정 상태이고, 이 안정 상태에 있어서, 동기기(2S1, 2S2)를 기동한다. 이 경우, 전력 변환기(1)에서 본 합성 전기자 저항은 (R/2)로 되기 때문에, 실시예 6과 동일한 위상 신호 발생 수단(40D)을 이용하여, 프리런 상태에 있는 2대의 동기기(2S1, 2S2)를 실시예 4와 마찬가지로 안정하게 기동할 수 있다. 3대 이상의 동기기를 전력 변환기(1)에 병렬로 접속하는 경우에는, 그 접속 대수에 따라 저항 강하 연산 회 로(41D)에서의 승산 계수를 조정함으로써, 마찬가지로, 프리런 상태에 있는 3대 이상의 동기기를 안정하게 기동할 수 있다.

본 발명에 따른 교류 회전기의 제어 장치는 유도기, 동기기 등의 교류 회전기의 제어 장치에 이용된다.

Claims

전류 지령에 근거하여 전압 지령을 발생하고, 이 전압 지령에 근거하여 스위칭 지령을 발생하는 제어 수단, 상기 스위칭 지령에 근거하여 진폭과 각주파수가 제어된 교류 출력 전압을 발생하는 전력 변환기, 이 전력 변환기에 접속된 적어도 하나의 교류 회전기, 및 상기 전력 변환기로부터 상기 교류 회전기에 흐르는 교류 상전류에 근거하여 검출 전류를 출력하는 전류 검출기를 구비한 교류 회전기의 제어 장치로서,

상기 제어 수단은 상기 교류 회전기에 대한 기동 제어를 포함하는 제어를 행하도록 구성되고,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 검출 전류에 근거하여 상기 교류 회전기의 저항 강하에 따른 저항 강하 성분을 연산하고, 상기 전압 지령으로부터 상기 저항 강하 신호를 감산한 감산 출력에 근거하여 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하며,

또한, 상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 교류 상전류의 진폭이 소정의 함수에 따라서 변화되도록, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하는 것

을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 기동 기간의 스타트 시점에서, 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 0으로 제어하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 전류 지령에 근거하여, 상기 교류 회전기의 출력 토크를 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 3 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에서는, 상기 교류 회전기의 출력 토크를 0으로 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 교류 회전기가 정지 상태와 프리런(free-run) 상태 중 어느 상태에 있는지 판별할 수 없을 때에, 상기 제어 수단이 상기 기동 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 교류 회전기가 프리런 상태에 있을 때에, 상기 제어 수단이 상기 기동 제어를 행하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전압 지령이, 상기 교류 출력 전압의 각주파수에 동기하여 회전하는 d축과 q축을 포함하는 직교 2축 회전 좌표 위에서의 d축 전압 지령과 q축 전압 지령을 포함할 때에, 상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에 있어서, 상기 검출 전류에 근거하여, 상기 교류 회전기의 저항 강하에 따른 d축 저항 강하 성분과 q축 저항 강하 성분을 발생하고, 상기 d축 전압 지령으로부터 상기 d축 저항 강하 성분을 감산한 d축 감산 출력과, 상기 q축 전압 지령으로부터 상기 q축 저항 성분을 감산한 q축 감산 출력에 근거하여 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 7 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에 있어서, 상기 d축 감산 출력에 근거하여 상기 교류 회전기의 자속 진폭을 연산하고, 상기 q축 감산 출력을 상기 자속 진 폭으로 제산하고, 그 제산 출력에 근거하여 상기 교류 출력 전압의 각주파수를 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 함수 발생기와, 이 함수 발생기로부터의 기동 전류 지령으로부터 기동에 필요한 주파수 대역만을 추출하는 밴드 패스 필터를 갖고, 상기 밴드 패스 필터로부터 소정의 함수 지령을 상기 전류 지령으로서 출력하며, 이 함수 지령에 근거하여, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에 있어서, 상기 교류 상전류의 진폭을 0으로 하도록, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 제어 수단은, 상기 기동 제어에 있어서, 상기 교류 출력 전압의 각주파 수가 소정값 이하인 경우에는, 상기 교류 상전류의 진폭을 0으로 하도록, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하고, 또한, 상기 교류 출력 전압의 각주파수가 상기 소정값을 초과한 경우에는, 상기 교류 상전류의 진폭을 0 이외의 소정값으로 하도록, 상기 교류 출력 전압의 진폭을 조정하는 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 교류 회전기는 유도기(誘導機)인 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 교류 회전기는 동기기(同期機)인 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.
제 1 항에 있어서,

상기 전력 변환기에, 병렬 접속된 복수의 교류 회전기가 접속된 것을 특징으로 하는 교류 회전기의 제어 장치.