KR900000765B1 - 동기모타 작동용 부하정류 인버터 - Google Patents

동기모타 작동용 부하정류 인버터 Download PDF

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가부시끼가이샤 도시바
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Abstract

내용 없음.

Description

동기모타 작동용 부하정류 인버터
제1a,1b도는 종래 사이리스터 모타의 제어특성을 나타내는 그라프이다.
제2도는 사이리스터 모타에 있는 사이리스터에 적용되는 전압파형을 나타낸 것이다.
제3a-3c도는 제어전진각(β) 30°이하일 때 정류여유각(γ)의 변화를 나타낸 것이다.
제4a-4c도는 제어전진각(β) 30°를 초과할 때 실효정류 여유각(γ*)의 변화를 나타낸 것이다.
제5도는 본 발명에 따른 사이리스터 모타의 구성블럭도이다.
제6a,6b도는 제5도에 도시된 사이리스터 모타의 제어특성을 나타내는 그라프이다.
제7도는 본 발명의 또 다른예에 따른 사이리스터 모타의 구성 블럭도이다.
제8a-8d도는 제7도에 도시된 사이리시터 모타의 작동을 설명하는 타이밍 챠트이다.
* 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명
10 : 3상 교류 전원 11 : 차단기
12 : 정류기 13 : 직류 리액터
14 : 인버터 15 : 동기 모타
16 : 속도설정 가변기 17 : 속도 제어기
18 : 전류 제어기 19 : 위상 제어기
20 : 전류 변환기 21 : 제어전진각 제어기
22 : 전압 변환기 23 : 중첩각 검출기
24 : 속도 검출기 25 : 정류 중첩각 검출기
26 : 실효정류 여유각 검출기 27 : 속도/전류 변화율 검출기
28 : 정류중첩각 설정 가변기 29 : 스위치
본 발명은 n(n≥2)개의 인버터에 의해 구동되는 교류모타 제어장치에 관한 것이다.
더 상세히 말하면 본 발명은 한세트 이상의 3상 권선을 가진 동기 모타를 작동시키기 위한 부하 정류 인버터(이하 사이리스터 모타라고도 칭한다)에 관한 것이다. 사이리스터 모타는 고정 주파수 컨버터와 동기 모타의 결합체로 구성되어 있다.
사이리스터 모타는 교류모타와 같은 잇점 즉 쉽게 관리할 수 있는 점과 신뢰도가 우수하다는 점이 있다. 그리고 또 컨버터의 주파수를 변화시켜 직류모타에서와 같이 사이리스터 모타의 속도를 다양하게 변화시킬 수 있다.
이런형의 사이리스터 모타에서, 컨버터의 정류 실패가 방지되도록 사이리스터의 제어전진각이 자동으로 조절된다. 이와 같은 식으로 사이리스터 모타를 자동조절하는 제어장치가 일본 특허 공보 제 55-27556호(1980년 7월 21일)에 기술되어 있다.
이러한 종래의 제어장치에서, 사이리스터의 제어전진각은 정류여유각이 일정하게 유지될 수 있도록 제어된다.
그러나, 한세트 이상의 3상 권선을 가지고 있는 동기모타가 n(≥)개의 인버터에 의해 구동되는 사이리스터 모타에 상기한 제어방법을 적용시키면 문제점이 야기된다.
상기 문제점을 n=2(60°/n=30°)인 경우에 관해 기술하겠다.
제1a도는 2세트의 3상 권선을 가진 동기 모타용 종래의 사이리스터 모타에서의 정류 중첩각(u)과 제어전진각(β)의 변화를 나타낸 것이다.
정류 중첩각(u)과 제어전진각(β)은 각 위상의 권선에서 흐르는 전류값을 나타내는 전류(Ia)의 함수로 나타나 있다. 이러한 변화는 정류 여유각(γ)(=β-u)이 일정하게 유지되도록 되어 있다.
제1a도에서, 종좌표축을 따라가는 30°가 되는 곳이 2세트의 3상 권선 사이에서의 위상 편차에 대응하는 전기각을 나타낸다.
제1b도는 실효 정류 여유각(γ*)이 전류(Ia)의 함수로 변화하는 것을 나타낸다.
실효정류 여유각(γ*)은 각 인버터에 있는 사이리스터를 정류시키기 위한 실제 역 바이어스 전압(reverse biasing voltage)에 대응하는 전기각이다.
제1b도에서, 횡좌표측을 따라가는 ＂Ial＂은 제어전진각(β)이 30°일 때의 전류값을 나타낸다.
제1a, 1b도로부터 제어전진각(β)이 γ-일정 제어동안 30°를 초과할 때 실효정류 여유각(γ)이 감소되고, 사이리스터 정류가 확실하게 행해지지 않는다는 것을 알 수 있다.
즉 환언하면, 종래의 사이리스터 모타는 β＞30°의 제어영역에서 안정된 작동을 행하지 못한다. 실효 정류 여유각(γ)은 하기의 이유 때문에 30°를 초과하는 제어영역에서 감소된다.
제2도는 사이리스터에 적용되는 전압파형의 예를 나타낸다.
제2도에서, 인버터에 있는 하나의 사이리스터가 고려될 때 그것은 시간(t1)에서 온(ON)으로 전환되고 시간(t2)이후에는 오프(OFF)로 전환된다.
제2도에서, 영역 ＂a＂는 사이리스터를 강압적으로 오프시키는 역 바이어스 영역을 가르킨다.
역 바이어스 영역 ＂a＂가 확대될 때 그것은 제3c도(β＜30°)또는 제4c도(β≥30°)에 도시된 것과 같다.
제3a, 제3b도는 제3c도에 있는 역 바이어스 전압에 관계되는 모타전류의 변화를 나타낸다.
제4a, 4b도는 제4c도에 도시된 역 바이어스 전압 파형에 관계되는 모타전류의 변화를 나타낸다.
제3a, 4a도는 첫번째 세트의 권선(U1,V1과 W1)의 U1위상으로 흐르는 전류(IU1)와 V1위상으로 흐르는 전류(IV1)사이의 관계를 나타낸다.
제3b, 4b도는 두 번째 세트의 권선(U2,V2와 C2)의 U2위상으로 흐르는 전류(IU2)와 V2위상으로 흐르는 전류(IV2)사이의 관계를 나타낸다. 두 번째 세트의 3상 권선은 첫 번째 세트의 3상 권선에 대해 30°의 위상 편차를 가진다.
제3a-3c도에서 볼 수 있는 것과 같이, 전류(IU1)(IV1)(IU2)(IV2)의 값이 작을 때(1b도에서 Ia＜Ia1의 경우에 대응), 일정한 정류 여유각(γ)은 β＜30°의 영역내에서 얻어진다. 이경우에 γ(=β-u)=γ=상수가 되도록 제어되고, 사이리스터가 안정적으로 작동되어진다.
제4a-4c도에서 볼 수 있는 것과 같이, 전류(IU1)(IV1))(IU2)(IV2)의 값이 증가할 때(제1b도에서 Ia＞Ia1의 경우에 대응), 정류 중첩각(u)은 증가하고 제어전진각(β)은 γ-일정 제어를 수행하면서 30°를 초과한다. 그리고 이때 전류(IU2)에서 전류(IV2)로 정류될 때 모타로부터 야기되는 전압변화(사이리스터의 역 바이어스 전압의 극성과 반대의 극성을 가짐)가 정류 여유각(γ)의 영역속으로 겹쳐지든지 브레이크 되어진다(제4b,4c도).
이러한 이유 때문에 U1위상에서 V1위상으로 정류시키는데 사용되는 실제적인 역 바이어스 전압기간에 대응하는 전기각은 일정한 γ보다 작은 γ(γ=β-U＞γ)로 된다.
30°를 초과하는 β제어영역에서, 실효정류 여유각(γ)은 상수인 공칭 정류 여유각(γ)보다 작게 된다. 따라서 정류 여유각(γ)의 제어 목표가 사이리스터의 정류를 위해 요구되는 최소시간에 대응하는 값으로 설정되면 β＞30°의 제어영역에서 안정된 사이리스터 모타 작동이 수행될 수 없고, 정류실패가 야기된다.
그렇지만 정류여유각(γ)의 제어목표가 상기와 같은 정류실패를 방지하기 위해 상술한 최소값보다 충분히 더 큰 값으로 설정되면 역 바이어스 전압적용 기간은 β＜30°의 영역동안 초과적으로 길게 되고, 사이리스터 모타의 효율(즉 전력)은 낮아진다.
상술한 것은 γ-일정 제어형의 종래 사이리스터 모타의 첫 번째 결함이다.
종래의 사이리스터 모타에서, 모타의 회전속도(N) 그리고/또는 부하가 갑자기 변화할 때 제어전진각의 제어작동은 상기와 같은 갑작스런 변화를 따르지 못한다.
이러한 경우에, 실효정류 여유각(γ*)은 이러한 기간 동안 일시적으로 감소하고, 정류실패가 야기된다. 이러한 것은 종래 사이리스터 모타의 두 번째 결점이다.
상기 두 번째 결함은 한세트의 3상 권선을 가진 동기 모타가 단하나의 인버터에 의해 구동되는 사이러스터 모타에서도 역시 발생된다.
이러한 결점은 한세트 이상의 3상 권선을 가진 동기모타가 n(n≥2)개의 인버터에 의해 구동되는 사이리스터모타에서 더 치명적이다.
n≥2의 경우에 얻어지는 발진 토르크(torque)에서의 리플(ripple)이 n=1의 경우에 얻어지는 것보다 작기 때문에 n≥2의 사이리스터 모타가 상기한 첫 번째 결점에 관계없이 요구된다.
본 발명의 주목적은 한세트 이상의 3상 권선을 가지고 있고 n(n≥2)개의 인버터에 의해 구동되는 동기 모타용 사이리스터 모타를 만드는 것이다.
상기에서 60°의 전기 각 편차가 n인버터로부터 나오는 출력에 존재하고, 정류실패가 60°/n을 초과하는 제어전진각(β)의 제어영역에서 방지되어진다.
본 발명의 다른 목적은 제어전진각(β)이 사이리스터 모타의 회전속도 그리고/또는 부하의 갑작스런 변화를 따르지 못하는 기간에 정류 실패를 방지하는 것이다.
상기 본 발명의 주목적을 수행하기 위해 실효정류 여유각(γ*)은 제어전진각(β)이 60°/n(n≥2)를 초과하는 선정된 제어영역에서 선정된 값으로 설정되어진다.
즉 정류중첩각이 ＂u＂로 주어질 때 제어전진각(β) 제어는 u+γ*≤60°/n을 만족시키도록 행해진다.
상기 본 발명의 다른 목적을 수행하기 위해 사이리스터 모타의 속도 그리고/또는 부하가 갑자기 변화하는 과도 기간(제8a-8d도에서 t1-t21)에서, 상기한 갑작스런 변화에 독립된 선정된 값(즉 정류중첩각 설정 가변기(28)로부터 나오는 출력)이 실효정류 여유각(γ)의 제어목표를 측정하기 위해 사용된다.
본 발명을 첨부도면에 근거하여 상세히 설명하면 다음과 같다.
제5도는 본 발명의 기본 목적을 수행하기 위한 사이리스터 모타의 예를 나타낸 것이다.
제5도에서 두 개의 인버터(141)(142)가 2세트의 3상권선을 가지고 있는 동기 모타(15)를 구동시키는 것이 도시되어 있다.
3상 교류전원(10)에서부터 나오는 교류전력은 차단기(11)를 통해 정류기(12)로 공급된다.
정류기(12)는 두 개의 컨버터(121)(122)로 구성되어 있고, 각각의 컨버터(121)(122)는 사이리스터와 같은 스위칭 소자로 구성되어 있다.
사이리스터는 컨버터(121)(122)가 차단기(11)로부터 나오는 2세트의 3상의 교류전력을 2세트의 직류전력으로 변환시킬 수 있도록 위상 제어기(19)에 의해 온/오프(ON/OFF)로 제어된다.
위상 제어기(19)는 전류 제어기(18)로부터 나오는 출력 신호의 레벨에 따라 위상을 제어한다.
전류제어기(18)로부터 나오는 출력신호 레벨은 차동회로(170)로부터 나오는 출력 레벨에 의해 결정된다. 차동회로(170)로부터 나오는 출력신호의 레벨은 전류변환기(20)로부터 나오는 출력(E20)과 속도제어기(17)로부터 나오는 출력의 차이에 따라 변한다. 전류변환기(20)는 정류기(12)의 교류 입력 전류통로에 배치되어 있다.
속도제어기(17)로부터 나오는 출력은 차동회로(160)로부터 나오는 출력에 의해 결정된다.
차동회로(160)로부터 나오는 출력신호의 레벨은 속도설정 가변기(16)로부터 나오는 출력(기준 속도 신호)(E16)과 속도 검출기(24)로부터 나오는 출력(E24)의 차이에 따라 변한다.
속도검출기(24)는 동기모타(15)에 연결되어 동기 모타(15)의 회전자 위치(전기각)에 관한 정보를 함유하고 있는 출력(E24)을 공급한다. 상기 출력(E24)은 또 동기모타(15)의 회전 속도(N)에 대응하는 정보도 함유하고 있다.
정류기(12)로부터 나오는 2세트의 직류전력은 직류리액터(13)를 통해 인버터(14)에 공급된다.
직류 리액터(13)는 정류기(12)의 컨버터(121)와 컨버터(122)에 대응하는 직류 리액터(131)와 직류 리액터(132)를 포함하고, 인버터(14)는 정류기(12)의 컨버터(121)와 컨버터(122)에 대응하는 인버터(141)와 인버터(142)를 포함한다. 인버터(141)(142)는 사이리스터와 같은 스위칭 소자로 되어 있다.
스위칭 소자(사이리스터)는 제어전진각(β) 제어기(21)에 의해 온 또는 오프된다.
이와 같이 스위칭 소자가 온 또는 오프로 제어될 때 인버터(141)(142)는 2세트의 직류 입력 전력을 선정된 주파수를 갖고 30°의 위상편차를 갖는 2세트의 3상 교류전력으로 변환시킨다.
2세트의 3상 교류전력은 동기모타(15)의 2세트의 3상 권선(U1, V1및 W1: 그리고 U2, V2및 W2도시되지 않음)에 각각 공급된다.
동기모타(15)의 계자권선(151)은 계자 컨버터(152)에 의해 여기된다.
제어전진각(β) 제어기(21)는 전압변환기(22)로부터 나오는 출력(E22), 정류중첩각(u) 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)과 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)로부터 나오는 출력(E26)과 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)로부터 나오는 출력(E26)에 따라 제어전진각(β)를 결정한다.
전압변환기(22)는 동기모타(15)의 교류입력 회로에 결합되어 동기모타(15)의 교류 선전압에 대응하는 출력(E22)을 공급한다.
실효정류 여유각 검출기(26)의 출력(E26)은 제어되어질 정류여유각의 정보(β-U 또는 30°-u)를 함유하고 있다.
정류 중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)은 정류 중첩각(u)의 크기에 관한 정보와 정류시작 시간(즉 제4a도에서 전류(IU1)가 감소하기 시작하는 시간)을 가르키는 정보를 함유하고 있다.
정류중첩각 검출기(25)는 전류 변환기(20)로부터 나오는 출력(E20)과 제어전진각 제어기(21)로부터 나오는 출력(E21)에 근거하여 정류중첩각(u)을 계산하여 정류 중첩각(u)에 대응하는 출력(E25)을 발생시킨다.
즉 정류 중첩각 검출기(25)는 하기식에 따라 계산을 한다.
u=β-cos-1{cosβ+(2×c·Idc)/EM} (1)
상기식(1)에서, β는 출력(E21)에 있는 제어전진각의 값이고, EM은 동기모타(15)로부터 유도되는 전압이며, Xc는 동기모타(15)의 권선의 리액턴스이고, Idc는 출력(E20)으로부터 정해지는 동기모타(15)의 권선 입력전류(Ia)의 3/2배이다.
정류 중첩각(u)은 하기식으로부터 얻을 수 있다.
u=cos-1{cosγ-(2×c·Idc)/EM}-r (2)
상기식 (2)에서, γ은 β-u로 표시되는 정류여유각의 값이고, 다른 변수들은 식(1)과 동일하다. 실효정류 여유각 검출기(26)는 제어전진각(β)이 제어전진각 제어기로부터 나오는 출력(E21)(=β)과 30°의 전기각에 대응하는 선정된 값에 따라 30°를 초과하는지 어떤지를 점검한다.
β＜30°(또는 β≤30°)이면 실효정류 여유각 검출기(26)는 제어전진각 제어기(21)로부터 나오는 출력(E21)(=β)과 정류 중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)(=u)에 근거하여 뺄셈을 수행한다. 실효정류 여유각 검출기(26)＂β-u＂의 차이를 나타내는 정류 여유각(γ)(=γ*)에 대응하는 출력(E26)을 제어전진각 제어기(21)에다 공급시킨다.
이 경우에 제어전진각 제어기(21)는 γ(=β-u)가 상수로 유지되도록 인버터(14)를 제어한다.(제3c도 참조)
β＞30°일때에는 실효정류 여유각 검출기(26)는 정류 중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)(=u)과 전기각 30°의 선정된 값에 근거하여 뺄셈을 수행한다. 실효정류 여유각 검출기(26)는 ＂30°-u＂의 차이로 나타나는 실효정류 여유각(γ*)(≠γ)에 대응하는 출력(E26)을 제어전진각 제어기(21)에 공급시킨다. 이 경우에 제어 전진각 제어기(21)는 γ*(=30°-u)가 상수로 유지되도록 인버터(14)를 제어한다(제4c도 참조).
제어전진각 제어기(21)는 실효정류 여유각 검출기(26)로부터 나오는 출력(E26)(=β-u 또는 30°-u)과 정류 중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)(정류시작 시간에 대한 정보)에 따라 인버터(141)(142)에 있는 사이리스터는 온/오프로 제어한다.
이런식으로 제어전진각(β)이 30°보다 작은 부분과 제어전진각(β)이 30°보다 큰 부분에서 선정된 실효 정류 여유각(γ*)이 얻어질 수 있도록 제어전진각(β)이 제어되어진다.
제6a,6b도는 상술한 제어전진각(β)의 제어에 의해 얻어진 제5도에 도시된 예의 특성을 나타낸 것이다. 더 상세히 언급하면 β＜30°(도는 Ia＜Ia1)의 부분에서, 제1a,1b도에 도시된 것과 유사한 γ-일정제어가 행해지고, β＞30°(또는 Ia＞Ia1)의 부분에서는 β와 u가 제1a도에서와 다르게 실효정류 여유각(γ*)(=30°-u)이 상수로 유지되도록 자동조절 되어진다.
즉, u+γ*≤30°를 만족시키는 제어전진각(β) 제어는 β＞30°의 부분을 포함하는 선정된 제어부분내에서 행해진다.
그러므로 실효 정류여유각(γ*)의 제어목표가 인버터(14)에 있는 사이리스터의 신뢰할 수 있는 정류를 위해 요구되는 최소값(또는 최소값보다 약간 큰값)으로 설정되면 γ*-일정제어가 행해지는 선정된 부분(즉 제6b도에서 Ia＜Ia2)내에서 안정도가 양호한 사이리스터 모타작동이 고효율적으로 행해진다.
일반적으로 상술한 최소 요구값인 실효정류 여유각(γ*)제어목표는 수백 마이크로 세칸드(microsecond)에 대응하는 전기각에 대응한다.
그러나 상기와 같은 요구에 따라 변화될 수 있다.
상기예에서, 실효정류 여유각(γ*)은 상수로 유지된다. 그러나 각(γ*)에 대응하는 실효정류여유 시간이 상수로 유지되도록 제어 전진각 제어를 행할 수 있다. 실효정류 여유각 검출기(26)에서, 속도 검출기(24)로부터 나오는 출력(E24)(이 겨우에 출력(E24)은 제5도에서 점선으로 표시된 신호선을 통해 실효정류여유각 검출기(26)로 공급된다)으로 실효정류 여유각(γ*)을 나누어 상기한 실효정류 여유시간 일정제어의 제어 목표를 얻을 수 있다.
실효정류 여유시간 일정제어는 제3c도는 또는 제4c도에 도시된 역 바이어스 전압(reverse biasing voltage)이 높은 사이리스터 모타의 저속작동영역에서 역 바이어스 전압은 낮다.
이때 역 바이어스 전압의 크기는 직류 리액터(13)로부터 나오는 직류전압의 리플(ripple)성분 때문에 불안정하게 된다.
역 바이어스 전압의 불안정한 적용을 피하기 위해 전술한 권선 전류 영역에서만 또는 전술한 작동 주파수 영역에서만 γ*-일정제어를 수행할 수 있다.
제5도에서, 속도 검출기(24)로부터 나오는 출력(E24)과 전압변환기(22)로부터 나오는 출력(E22)은 출력(E24)(E22)으로부터 정류중첩각(u)을 계산하기 위해 점선으로 표시된 신호선을 통해 정류중첩각 검출기(25)로 공급되어 진다.
정류중첩각(u)의 값은 전압변환기(22)로부터 나오는 출력(E22)으로부터 직접 계산되어 진다.
제7도는 본 발명의 또다른 목적을 수행하기 위한 사이리스터 모타의 한 예이다.
진부한설명을 피하기 위해 제5도의 것과 같은 부분은 제5도의 것과 같은 부호로 표시하였고, 단지 제5도의 것과 다른점 및 특성만을 기술하기로 한다.
제7도의 예에서, 속도설정 가변기(16)로부터 나오는 출력(E16)과 전류 변환기(20)로부터 나오는 출력(E20)은 속도/전류 변화율 검출기(27)에 공급된다. 속도/전류 변화율 검출기(27)는 출력(E16) 그리고/또는 출력(E20)의 전압 변화율의 절대값( | dN/dt | 또는 | dIa/dt | )이 선정된 값을 초과할 때 스위칭 신호(E27)를 발생시킨다.
출력(E16)은 동기모타(15)의 회전속도(N)에 대응하고, 출력(E20)은 동기모타(15)의 권선전류(Ia)에 대응한다. 그러므로 신호(E27)가 발생되면 속도 변화율의 크기 ( | dN/dt | )나 전류 변화율의 크기 ( | dIa/dt | )가 선정된 값을 초과한다는 것을 나타낸다.
| dN/dt | 는 속도 검출기(24)로부터 나오는 출력(E24)으로부터 얻어진다. 신호(E27)는 스위치(29)의 온/오프 제어를 위해 사용된다.
신호(E27)가 발생될 때 스위치(29)는 정류중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)이나 정류중첩각 설정 가변기(28)로부터 나오는 출력(E28)을 선택한다.
그리고 이때 스위치(29)는 제어 전진각 제어기(21)와 실효정류 여유각 검출기(26)에다 선택된 출력을 공급한다.
이와 같은 식으로 속도 변화율( | dN/dt | )그리고/또는 전류변화율( | dIa/dt | )이 선정된 값을 초과하고, 스위치 신호 (E27)가 발생될 때 제어전진각 제어기(21)와 실효정류 여유각 검출기(26)가 정류중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)대신 정류중첩각 설정 가변기(28)로부터 나오는 출력(E28)을 받는다. 이 경우에 제어전진각(β)제어는 일정한 출력(E28)에 근거하여 행해진다.
| dN/dt | 그리고/또는 | dIa/dt |가 선정한 값 이하로 감소되고, 신호(E27)가 사라질 때 제어전진각 제어기(21)와 실효정류 여유각 검출기(26)는 정류중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)을 받는다. 이 경우에 제5도에서 행해지는 것과 유사하게 제어전진각(β) 제어(실효정류 여유각(γ*)일정제어)가 행해진다.
제7도에 도시된 사이리스터 모타는 동기모타(15)의 회전 속도(N)가 갑자기 변할 때 하기의 작동을 수행한다.
제8a-8d도는 상기작동을 설명하는 타이밍 챠트이다.
일정하게 유지되던 속도(N)가 시간(t1)이후 갑자기 증가할때(제8a도), 속도 변화율(dN/dt)에 의해 동기모타(15)의 권선 전류(Ia)가 갑자기 증가된다.(제8b도)
이 경우에 시간(t1)에서의 dN/dt 그리고/또는 dIa/dt에 응답하여 속도/전류 변화율 검출기(27)는 스위칭 신호(E27)를 발생시킨다.
그리고 이때 제어전진각 제어기(21)와 실효정류 여유각 검출기(26)는 정류중첩각 설정가변기(28)로부터 나오는 출력(E28)에 따라 제어전진각(β)제어(제8c도)와 실효정류 여유각(γ*)제어(제8d도)를 행한다.
이러한 제어 작동에 따라 시간(t1)에서의 전류(Ia)의 변화에 의해 일시적으로 증가된 실효정류 여유각(γ*)은 선정된 값으로 되돌아간다(제8d도에서 t11).
제8a도에서의 시간(t1)과 시간(t2)사이의 간격에서, 속도(N) 변화율의 크기 ( | dN/dt | )는 선정된 값보다 크다.
그러므로 제어전진각(β)제어와 실효정류 여유각(γ*)제어는 정류중첩각 설정가변기(28)로부터 나오는 출력(E28)에 근거하여 행해진다.
변화되고 있던 속도(N)가 제8a도의 시간(t2)에서 일정하게 될 때 동기모타(15)의 회전은 더 이상 가속되지 않고, 권선전류(Ia)는 감소되기 시작한다(제8b도의 시간(t2)).
이와 같이 전류(Ia)가 변화할 때 실효정류 여유각(γ*)은 일시적으로 조금 증가된다.
그렇지만 전류(Ia)가 변화하는 것이 종료될 때 실효정류 여유각(γ*)은 선정된 값으로 되돌아간다(제8d도에서의 시간(t21)).
제8a도에서의 시간(t21)이후 dN/dt 또는 dIa/dt가 변화하지 않을 때 속도/전류 변화율 검출기(27)는 신호(E27)의 발생을 중단한다.
그리고 이때 스위치(29)는 정류중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)을 제어전진각 제어기(21)와 실효정류 여유각 검출기(26)로 공급시킨다.
시간(t2)까지 정류중첩각 검출기(25)는 식(1) 또는 식(2)에 근거하여 새로운 정류중첩각(u)의 계산을 완료시킨다.
그러므로 시간(t21)이후에 시간(t1)전과 같은 식으로 제어전진각(β)제어와 실효정류 여유각(γ*)제어가 행해진다.
동기모타(15)에 작용하는 모타부하의 크기가 사이리스터 모타의 작동동안 갑자기 증가될 때 권선전류(Ia)도 역시 부하의 변화에 대응하여 갑자기 증가된다(제8b도에서의 시간(t3)과 시간(t4)사이).
전류의 변화(dIa/dt)는 속도/전류 변화율 검출기(27)에 의해 검출된다.
제8b도의 시간(t3)과 시간(t4)사이로 도시된 전류(Ia)의 변화간격에서 제어전진각(β)의 제어와 실효정류여유각(γ*)의 제어는 정류중첩각 설정 가변기(28)로부터 나오는 일정한 출력(E28)에 근거하여 시간(t1)과 시간(t2) 사이에서 수행된 것과 같은 식으로 행해진다.
부수적으로 속도/전류 변화율 검출기(27)는 dN/dt 또는 dIa/dt 대신에 전류(Ia)의 크기에 대응하여 스위칭 신호(E27)를 발생시킬 수 있다.
상술한 것으로부터 알 수 있는 것과 같이 제7도의 예에서, 정류 중첩각 검출기(25)가 정류중첩각(u)의 계산을 수행하는 과도기간 동안 제어전진각(β)제어와 실효 정류 여유각(γ*)제어는 정류중첩각 검출기(25)로부터 나오는 출력(E25)대신 일정한 신호(E28)에 따라 수행된다.
이것으로부터, 정류중첩각 검출기(25)가 따라오지 못할 정도로 매우 갑자기 동기모타(15)의 속도(N) 그리고/또는 전류(Ia)가 변화하여도 제어전진각(β)의 제어와 실효정류 여유각(γ*)의 제어는 상기와 같이 갑자기 변화하는 기간 동안 선정된 신호(E28)에 근거하여 수행되어지고, 실효정류 여유각(γ*)은 선정된 값이하로 감소되지 않게 된다.
그러므로, 속도(N), 전류(Ia) 그리고/또는 모타의 부하가 변화하여도 사이리스터의 정류 실패가 야기되지 않는다.
본 발명의 이해를 돕기 위해 연관되는 미합중국 특허를 몇 개 열거한다.
(1) 1981년 8월 28일자의 미합중국 특허 제 4,264,853호인 ＂정류자가 없는 모타장치＂, (2) 1982년 1월 5일자의 미합중국 특허 제4,309,647호인 ＂정류자가 없는 모타장치＂, (3) 1983년 11월 22일자의 미합중국 특허 제 4,417,193호인 ＂교류모타 제어방법 및 장치＂, 부언하여, 한세트의 3상 권선을 가진 동기모타가 n(n≥2)개의 인버터에 의해 구동될 때 상기 n개의 인버터의 각 출력은 종래와 같은 식으로 스타/델타 변환기를 경유하여 병합된다.
그리고 상기 변화기로부터 나온 병합된 인버터 출력은 한세트의 모타 권선에 공급된다.

Claims (7)

  1. n세트의 인버터(141)(142)로 구성되어 있고, 각각의 인버터가 3상 권선에 결합된 스위칭 소자로 형성되어 있으며, 스위칭 소자의 각 정류가 주어진 제어전진각(β)에 따라 제어되고, 상기 n이 2이상의 정수이며, n세트의 인버터로 부터 나오는 출력 사이의 위상각의 차이가 60°/n인 한 세트 이상의 3상 권선을 포함하는 동기모타(15)작동용 부하 정류 인버터에 있어서, 상기 주어진 제어 전진각(β)이 상기60°/n에 대응하는 값을 초과할 때 특수변수인 실효정류 여유각(γ*)을 주어진 목표값으로 조정시키기 위해 제어회로(21)(25)(26)가 n세트의 상기 인버터(141)(142)에 결합되어 있고, 상기 특수변수인 실효 정류 여유각(γ*)이 상기 스위칭 소자의 각각에 적용되는 역 바이어스 시간을 나타내며, 상기 주어진 목표값이 상기 스위칭 소자의 각각의 완전한 정류를 수행하기 위해 요구되는 시간을 나타내는 것으로 된 것을 특징으로 하는 한세트 이상의 3상 권선을 포함하는 동기모타 작동용 부하정류 인버터.
  2. 제1항에 있어서, 상기 제어회로(21)(25)(26)가 상기 스위칭 소자의 각각의 온/오프 시간을 제어하기 위해 상기 주어진 제어전진각(β)의 값을 조정할 수 있도록 n세트의 상기 인버터(141)(142)에 결합된 제어전진각(β)제어기(21), 상기 인버터(141)(142)로부터 상기 동기모타(15)의 3상 권선에 공급되는 전류(제4A도에서의 IU1, IV1)의 정류 중첩각(u)을 검출하는 정류 중첩각(u) 검출기, 그리고 상기 제어전진각(β)제어기(21)와 상기 정류중첩각(u) 검출기(25)에 결합되어 상기 특수 변수(γ*=30°-u : 제4C도)의 조정을 성취하기 위해 상기 제어전진각(β)이 상기 60°/n을 초과할 때 상기 60°/n과 상기 정류 중첩각(u)사이의 차이를 나타내는 제어신호(E26)를 상기 제어전진각 제어기(21)에다 공급시키고 60°/n의 위상각과 상기 주어진 제어전진각(β)을 비교하는 실효정류여유각(γ*) 검출기(26)를 포함하는 것을 특징으로 하는 부하정류 인버터.
  3. 제2항에 있어서, 상기 특수변수(γ=γ*=β-u : 제3C도)의 조정을 성취하기 위해 상기 주어진 제어전진각(β)이 상기 60°/n이하로 떨어질 때 상기 주어진 제어전진각(β)과 상기 정류중첩각(u)사이의 차이를 나타내는 또다른 제어신호(E26)를 상기 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)가 상기 제어전진각(β)제어기(21)에다 공급시키는 것을 특징으로 하는 부하정류 인버터.
  4. 제2 또는 3항에 있어서, 상기 동기모타(15)의 회전속도(N)의 변화율(dN/dt)을 검출하고 회전속도 변화율(dN/dt)이 선정된 값을 초과할 때 스위치 신호(E27)를 발생시키는 속도변화율 검출기(27)와, 상기 속도 변화율 검출기(27)와 상기 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)에 결합되어서 상기 정류 중첩각(u)의 값에 관계없이 상기 스위칭 소자의 정류를 성취시키기 위해 상기 스위치신호(E27)가 발생될때 상기 정류 중첩각(u)에 예속되지 않는 선정된 신호(E28)를 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)에 공급시키는 신호장치(28)(29)가 있는 것을 특징으로 하는 부하정류 인버터.
  5. 제2, 3 또는 4항에 있어서, 상기 동기모타(15)의 전류(Ia)변화율(dIa/dt)을 검출하고 전류변화율(dIa/dt)이 선정된 값을 초과할때 스위치 신호(E27)를 발생시키는 전류변화율 검출기(27)와, 상기 전류변화율 검출기(27)와 상기 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)에 결합되어서 상기 정류 중첩각(u)의 값에 관계없이 상기 스위칭 소자의 정류를 성취시키기 위해 상기 스위치 신호(E27)가 발생될 때 상기 정류 중첩각(u)에 예속되지 않는 선정된 신호(E28)를 상기 실효 정류 여유각 검출기(26)에다 공급시키는 신호장치(28)(29)가 있는 것을 특징으로 하는 부하정류 인버터.
  6. 제2, 3 또는 4항에 있어서, 상기 동기모타(15)의 전류 (Ia)량을 검출하고 전류량이 선정된 값을 초과할 때 스위치 신호(E27)를 발생시키는 전류변화율 검출기(27)와, 상기 전류 변화율 검출기(27)와 상기 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)에 결합되어서 상기 정류중첩각(u)의 값에 관계없이 상기 스위칭 소자의 정류를 성취시키기 위해 상기 스위치 신호(E27)가 발생될 때 상기 정류 중첩각(u)에 예속되지 않는 선정된 신호(E28)를 상기 실효정류 여유각(γ*) 검출기(26)에 공급시키는 신호장치(28)(29)가 있는 것을 특징으로 하는 부하정류 인버터.
  7. n세트의 인버터(141)(142)로 구성되어 있고, 각각의 인버터가 3상 권선에 결합된 스위칭 소자로 형성되어 있으며, 스위칭 소자의 각 정류가 주어진 제어전진각(β)에 따라 제어되고, 상기 n이 2이상의 정수이며, n세트의 상기 3상 권선 사이의 위상각의 차이가 60˚/n인 한세트 이상의 3상 권선을 가진 동기모타(15)작동용 부하정류 인버터에 있어서, 제어회로(21)(25)(26)가 n세트의 상기 인버터(141)(142)에 결합되어서 상기 주어진 제어전진각(β)이 u+γ*≤60˚/n(u는 상기 정류중첩각을 뜻하고 γ*는 상기 스위칭 소자의 각각에 적용되는 역 바이어스 시간에 대응한다)의 관계를 유지할 수 있도록 제어하기 위해 상기 인버터(141)(142)에서부터 상기 동기모타(15)의 3상 권선에 공급되는 전류 (IU1)(IV1)(제4A도에서)의 정류 중첩각(u)에 응답하는 것을 특징으로 하는 한세트 이상의 3상 권선을 포함하는 동기모타 작동용 부하정류 인버터.
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