JPH01144385A

JPH01144385A - 同期機における電流崩壊の回避のための方法および回路装置

Info

Publication number: JPH01144385A
Application number: JP63267980A
Authority: JP
Inventors: Jens Hamann; イエンス、ハマン; Hartmut Vogt; ハルトムート、フオークト
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1987-10-26
Filing date: 1988-10-24
Publication date: 1989-06-06
Also published as: DE3871716D1; EP0313929B1; EP0313929A1; US5006775A

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〕この発明は、他の２つの相の相電流が転流する問に、三
相のブロック電流供給される同期機の転流に関与しない
１つの相のながの電流崩壊を回避するための方法および
この方法を実施するための回路装置に関するものである
。

〔従来の技術〕

台形状の起電力を存する同ｗ１ａはブロック状の電流の
供給の際に一定のモーメントを発生する。

従って、このような同′Ｍ機は三相交流送り駆動の際に
使用される。ブロック状の電流は変換装置により発生さ
れ、その際に制御装置および制御電圧により１つの回転
する磁界が同期機のなかに発生される。さらにモーメン
トは同期機電流に比例している。三相のブロック電流供
給される同期機の他の２つの相電流の転流の間の転流に
関与しない相のなかの電流崩壊により回転モーメント崩
壊が惹起されることが確認された。

〔発明が解決しようとする課題〕

本発明の課題は、三相のブロック電流供給される同期機
の他の２つの相のなかの他の２つの相電流が転流する間
の転流に関与しない相のなかの電流崩壊を回避するため
の方法およびこの方法を実施するための回路装置を提供
することであり、その際にブロック電流供給される同期
機の回転モーメントの脈動が顕著に減ぜられる。

〔課題を解決するための手段〕

この課題は、本発明によれば、２つの相電流の転流の問
に、同期機を制御する制御電圧が、平均して転流オフす
る相のなかの負の電流上昇率が平均して転流オンする相
のなかの電流上昇率に等しいように１つの追加的な制御
電圧を重畳されることにより解決される。

転流に関与する相のなかの電流は平均して均等に転流オ
ンまたは転流オフしないので、転流すフする相には平均
して転流オンする相にかかっている電圧よりも大きい電
圧がかかっている。転流オフする相のなかの電流が既に
零である問に、転流オンする電流はこの時点でたとえば
先ずたとえばその目標値の８０％に達している。その結
果、転流に関与しない相のなかの電流および電力が崩壊
する。転流に関与しない相のなかの電流崩壊が顕著に減
ぜられるように、同期機の変換装置の制御電圧が２つの
相電流の転流の間に追加的な制御電圧を重畳され、その
際に振幅は平均的に転流オフする相のなかの電流上昇率
が平均的に転流オンする相のなかの負の電流上昇率に等
しいように設定される。

ブロック電流供給される同期機の変換装置に対するパル
ス幅変調されたパルスが高周波の三角波状の走査電圧お
よび制御電圧の重畳により発生される方法では、追加的
な制御電圧の振幅は関係式２ｅ３　３　　Ｕ。

ここでＣ＝回転数ｎに対する最大起電力Ｕ、＝変換装置の中間回路電圧から導き出され得る。その際に各相のオーム性電圧降下
ｉ・Ｒは、ｉ　−Ｒ＜＜Ｕａ　／３であるので、無視さ
れた。

三相交流送り駆動の下側回転数帯では起電力ｅく〈Ｕ４
であり、それによって追加的な制御電圧の振幅を見い出
すための関係式の第２の加数は零に向かう。それにより
、高周波の三角波状の走査電圧および制御電圧の重畳に
より生ずるパルス幅変調されたパルスによりその変換装
置が制御される三相送り駆動において、追加的な制御電
圧の振幅を（１／３）ＵＳ。１１．、Ｘに選定し得る。

転流の間のみ同期機を制御する制御電圧に重畳される追
加的な制御電圧により、転流に関与しない相のなかの電
流崩壊の顕著な減少およびそれによる回転モーメントの
脈動の顕著な減少が達成される。

２つの相電流の転流の間に追加的な制御電圧が同期機を
制御する制御電圧に重畳されるので、転流開始および転
流終了が確認されなければならない。

転流開始は、同期機と結び付けられている回転子位置発
信器の出力端に生じている位置信号から確認される。転
流開始を示す信号はスイッチを駆動し、それにより追加
的な制御電圧が変換器装置の制御電圧に重畳される。

転流終了は、転流オフする電流の測定から確認され、そ
の際にこの転流オフする電流の限界値が監視される。す
なわち、転流オフする電流が値零に達すると直ちに、１
つの信号がスイッチを、追加的な制御電圧がもはや制御
電圧に重畳しないように外区動する。

転流終了は関係式からも確認され得る。ここでＴ、−転流時間ＩＪＩ−転流オフする電流の絶対値Ｕ６−変換装置の中間回路電圧ｅ−回転数ｎに対する最大起電力り、−同期機の三相インダクタンスである。

変換装置、回転計発電機、回転子位置発信器および調節
器を設けられており、調節器の出力端が変換装置の制御
装置の入力端と結び付けられているブロック電流給電さ
れる同期機により本方法を実施するための有利な回路装
置では、調節器の出力端と制御装置の入力端との間に加
算要素が配置されており、その第２の入力端がスイッチ
を介して追加的な制御電圧を発生する赳めの装置と結び
付けられており、その際にこのスイッチが、回転子位置
発信器の出力端と結び付けられている転流検出装置を介
してスイッチオン可能であり、また転流終了の確認のた
めの装置を介してスイッチオフ可能である。

この回路装置により、三相交流送り駆動の全回転数範囲
にわたり回転数に関係して、２つの相電流の転流の間に
制御装置の制御電圧に重畳される追加的な制御電圧が発
生され得る。その際に転流開始は存在する位置信号から
公知の回路装置により確認される。転流終了は測定され
た転流オフする電流の経過から導き出される。すなわち
、転流終了は、転流オフする電流が零に等しいと直ちに
到達されている。こうして、同期機の全回転数範囲にわ
たり回転モーメントの脈動を顕著に減少し得る回路装置
が得られる。

特に簡単な回路装置では、追加的な制御電圧として、値
（１／３）ＵＳ。１７．□の出力電圧を有する電圧源が
設けられている。この電圧源の出力電圧はスイッチを介
して、２つの相電流の転流の問に、制御電圧に重畳され
る。それにより回転モーメントの脈動も顕著に減ぜられ
る。しかし、それは三相交流送り駆動の下側回転数帯に
属する回転数においてのみである。

〔実施例〕以下、図面に示されている実施例により本発明を一層詳
細に説明する。

第１図には、後段に接続されている回転計発電機４およ
び回転子位置発信器６を有する同期機２が示されており
、その際に同期機２の固定予相Ｒ５ＳおよびＴは変換装
置８と結び付けられている。

変換装置８は半導体弁ＴＩないしＴ６を存する６パルス
のブリッジ回路として構成されており、フリーホイーリ
ングダイオードは図面を見易くするために省略されてい
る。変換装置８の半導体弁Ｔ１ないしＴ６に対する点弧
信号は制御電圧ｕｓｔに関係して制御装置１０のなかで
発生される。その際に制御装置１０は、三角波状の高周
波の走査電圧を供給するパルス周波数発生器１２と、パ
ルス幅変調器１４と、パルス分配論理回路１６とを含ん
でいる。パルス周波数発生器１２として、１つののこぎ
り波電圧または１つの非対称な三角波電圧を走査電圧と
して供給する発生器が設けられていてもよい。パルス幅
変調器１４のなかで制御電圧および走査電圧から１つの
パルス幅変ｊｌｊＪされた信号が発生され、この信号が
パルス分配論理回路１６に供給される。このパルス幅変
調された信号は次いで半導体弁ＴｌないしＴ６の制御入
力端に分配される。

この同期機２では回転数調節とその下位の電流調節とが
行われている。同期ａ２の回転数は回転計発電機４によ
り検出され、その出力端１８に回転数比例電圧ｕ＋ｓｔ
が回転数実際値として生ずる。

この回転数実際値ｕｌｔ％は２つの人ノＪ端を有する比
較点２０に供給される。、負入力端には回転＠ｎの実際
値ｕ　ｗｉｔが与えられ、また正入力端には目標値ｕ０
１．が与えられている。比較点２０・の出力端には制御
偏差または回転数差が生じ、これが回転数調節器２２に
供給される。回転＠調節器としてはＰＩ調節器が設けら
れている。この回転数調節器２２の出力端から電流目標
値＋ｓｏｚが取り出され得る。この電流目標値は２つの
入力端を存する第２の比較点２４に供給される。この比
較点２４の正入力端には電流目標値ｉ、。、が与入られ
ており、またこの比較点２４の負入力端には電流実際値
１１□が供給される。この電流実際値１□。

は２つの相電流Ｉえおよび１．から電流実際値形成のた
めの装置２６により形成される。三相のブロック電流供
給の際の電流実際値形成のためのこのような装置２６は
ドイツ連邦共和国特許出願公開第３５１６２０８＾１号
明細書から公知であるやこの第２の比較点２４の制御偏
差または電流差は電流調節器２８に供給される。この電
流調節器２日もＰ■調節器であり、その出力端に制御装
置１０に対する制御電圧Ｕ。が生ずる。

この制御電圧ｕｓｔは直接にではなく、加算要素３０を
介して制御装置１０に供給される。この加算要素３０の
第２の入力端にはスイッチ３２を介して追加の制御電圧
ｕｌｌ１１の発生のための装置３４が接続されている。

スイッチ３２は一方では転流検出装置３６により、また
他方では転流終了の検出のための装！３Ｂにより駆動さ
れる。スイッチ３２へのアクセスはそれぞれ鎖線により
示されている。その際にスイッチ３２は転流検出装置３
６によりスイッチオンされ、また転流終了の検出のだめ
の装置３８によりスイッチオフされる。その際に転流検
出装置３６および装置３８には回転子位置発信器６の位
置信号が供給される。回転子位置発信器６は、同期機２
の電流ブロックと同期化されておりそれぞれ１２０＠ず
つ互いにずらされた３つの２値の位置信号を発生する。

これらの位置信号と、最も簡単な場合には位置信号の側
縁を評価する電子回路であってよい転流検出装置３６と
により、転流開始が検出され、またスイッチ３２が閉じ
られる。それにより、同期機２を制御する制御電圧Ｕ□
に追加の制御電圧ｕａｔが重畳され、その際に追加の制
御電圧ｕｍ１１は装置３４により発生される。追加の制
御電圧Ｕ□の発生のためのこの装置３４には、一方では
回転計発電ｊａ、４からの回転数比例信号ｕｌｔＬと中
間回路電圧に比例する電圧Ｕ、とが供給される。たとえ
ば相電流ｉｔが転流オフされ、また相電流ｉ、が転流オ
ンされるかぎり、追加の制御電圧ｕ、８が制御電圧”Ｉ
ｔに重畳される。転流終了は装置３８により検出される
。

その際に相電流ＩＩＩおよびｉ、は転流オフする電流の
測定のために装置３８に供給される。この選択要素４０
は両相電流ｉｌＩおよびｉ、から、式ｉｌ＋１５＋ｔｔ
＝Ｏに従って、第３の相電流ｉアを発生する。各相電流
＋１）１３および１１は、出力端で電気的に並列に接続
されているそれぞれ１つのスイッチに供給される。選択
要素４０のこれらのスイッチは回転子位置発信器６の位
置信号の側縁および位置信号に対する評価電子回路によ
り駆動される。この選択要素４０により、転流オフ　、
する相電流、すなわちこの例では相電流ｉ、が確認され
る。この相電流ｉ、は絶対値形成器４２に供給される。

絶対値形成器４２の出力端はしきい値スイッチ４４と結
び付けられている。しきい値スイッチ４４は、転流オフ
する相電流ｉ３が値零に達すると直ちに、出力信号を発
生する。転流終了を示す出力信号の送出によりスイッチ
３２は開かれ、また追加の制御電圧ｕｌｌｌｌはもはや
制御電圧Ｕ□に重畳されない。

転流オフする相Ｓのなかの平均的な電流上昇率は転流オ
ンする相Ｔのなかの平均的な電流上昇率に等しくないの
で、相Ｓのなかの相電流ｉ、が既に転流オフしている時
点で相Ｔのなかの相電流ｉｔは先ずたとえばその目標値
の８０％に達している。

それにより転流オフする相Ｓには平均して、転流オンす
る相Ｔにかかっている電圧よりも大きい電圧がかかって
いる。その結果、相Ｒのなかの電流ｉＩｌおよび電力が
崩壊する。このことを回避するため、追加の制御電圧ｕ
ａｇが制御ｎ電圧ｕｔｔに、転流オフする相Ｓのなかの
ＴＬ流の平均的な上昇率ｄｉｓ　／　ｄ　ｔが転流オン
する相Ｔのなかの電流の平均的な負の上昇率ｄｉ、／ｄ
ｔに等しいように、重畳される。この条件により各制御
方法に対して、追加の制御電圧ｕ、８の振幅ａ、を導き
出し得る関係が与えられ得る。一定の変調、すなわち高
周波の三角波状の走査電圧に１つの制御直流電圧が重畳
されるという前提のもとに、また追加の制御電圧ｕ、１
に対して一般に成り立つ条件、すなわちｄ加の制御電圧
ｕｉｌｌの振幅ａヨに対して関係式１２ｅ３　３　　Ｕ。

が得られる。追加の制御電圧ｕ、＊に対するこの関係式
は起電力ｅと中間回路電圧に比例する電圧Ｕ６とに関係
する。追加の制御電圧Ｕ□の発生のための装置３４の入
力側には回転計発電機の出力電圧ｕｌｓＬおよび中間回
路電圧Ｕ’４が供給されている。回転数比例電圧を表す
出力電圧ｕ１８、は回転数比例電圧形成器４６により起
電力ｅに変換される。この起電力ｅは比率形成器４８の
第１の入力端Ｘに供給される。中間回路電圧ＵＩ４は、
最も簡単な場合には分圧器であってよい正規化要素５０
により、中間回路電圧に比例する電圧Ｕ４に変換され、
また比率形成器４８の第２の入力端ｙに供給される。比
率形成器４８の出力端には電圧比ｅ　、／　Ｕ　ａが生
ずる。この電圧比ｅ／Ｕ、は１つの定数を乗算され、続
いて加算要素５２の第１の入力端に供給される。加算要
素５２の第２の入力端には値（１／３　）　ＵＳ、１１
　、、、を有する一定の電圧が供給される。装Ｍ３４の
出力端５４に追加の制御電圧ｕ１．が生じ、その振幅ａ
、は関係式３式％から導き出され得る。

この回路装置により追加の制御電圧ｕａｇが２つの相電
流ｉ、およびｉ、の転流の間のみ変換装置８の制御装置
１０の割符Ｉ電圧ｕｌｔに重畳される。

それにより、転流に関与しない１つの相Ｒのなかの相電
流ｉつの電流崩壊が顕著に減ぜられ、それにより回転モ
ーメント崩壊も減ぜられる。こうして、永久励磁の三相
交流送り駆動の回転モーメントの脈動を顕著に減じ得る
回路装置が得られる。

第２図には、転流終了の検出のための別の装置３８の別
の実施例が示されている。この実施例では転流時間Ｔ、
は関係式から導き出される。転流時間Ｔ、に対するこの関係式は
、転流オフする電流の平均的な上昇率ｄｉ。

／ｄｔに対する関係から、前記の制御方法の考慮のもと
に、すなわち三角波状の高周波の走査電圧と制御直流電
圧との重畳のもとに、導き出されている。転流時間Ｔ、
の関係に従って装置３８に回転計発電機４の出力電圧ｕ
ｌｓｔが供給され、この出力電圧は回転数比例電圧形成
器５６により起電力２ｅに変換される。この起電力２ｅ
に、正規化された中間回路電圧Ｕ４が加算要素５８６に
より加算される。加算要素５日の出力電圧Ｕ４　＋　２
ｅは比率形成器６０の入力端ｙに供給され、その他方の
入力端Ｘには絶対値形成器６２の出力電流絶対値■が与
えられている。絶対値形成器６２の入力端に、電流実際
値形成のための装置２６により第１図による２つの相電
流ｉｌｌおよびｉ、から形成された電流実際値１１□が
生じている。比率形成器６０の出力端に比率絶対値Ｉ／
（Ｕａ＋２ｅ）が生じ、この比率絶対値は１つの定数を
存する定数要素６４を介して値３ＬＤを乗算される。こ
の定数要素６４の出力端に転流時間Ｔ、が得られ、この
転流時間Ｔ、はプログラミング可能なタイミング要素６
６に供給されている。このプログラミング可能なタイミ
ング要素６６はたとえば、存在する転流時間Ｔｋにより
転流時間Ｔｋに比例するカウンタ状態にセットされ、ま
た零に向けて逆方向にカウントするプログラミング可能
な逆方向カウンタを含んでいる。カウンタ状態が零に達
した際に転流時間Ｔ、が経過しており、また逆方向カウ
ンタが第１図によるスインチ３２を開く１つの信号を発
する。

第３図には第１図による特に簡単な回路装置が示されて
いる。この回路装置では第１図による回路装置にくらべ
て装置３４のみが変更されている。

この回路装置の他のすべての構成要素は第１図による回
路装置の構成要素と同一である。従って同一の構成要素
には同一の参照符号が付されている。

この回路装置では追加の制御電圧ｕｌｌｌの発生のため
の装置３４は値（ｔ　／　３　）　Ｕ−０＋＋　−−−
を有する定数源から成っている。すなわち追加の制御電
圧ｕａｍの振幅ａ、に対する関係式から第２の加数、す
なわち（２／　３　）　ｅ　／　Ｄａが無視されている
。

なぜならば、三相交流送り駆動の下側回転数範囲からの
回転数に対しては比率ｅ　／　Ｕ　ａが零に向かうから
である。それにより三相のブロック電流供給される同期
機２の転流に関与しない１つの相のなかの電流崩壊を回
避するための本方法を実施するための特に簡単な回路装
置が得られる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による方法を実施するための回路装置の
回路図、第２図は転流終了の確認のための別の装置の回
路図、第３図は本発明による方法を実施するための特に
簡単な回路装置の回路図である。２・・・同期機４・・・回転計発電機６・・・回転子位置発信器８・・・変換装置１０・・・制御装置１２・・・パルス周波数発生器１４・・・パルス幅変調器１６・・・パルス分配論理回路１８．５４・・・出力端２０．２４・・・比較点２２・・・回転数１１節器２６・・・電流実際値形成のための装置２８・・・電流
調節器３０．５２．５８・・・加算要素３２・・・スイッチ３４・・・追加の制御電圧の発生のための装置３６・・
・転流検出装置３８・・・転流終了の確認のための装置４０・・・選択
装置４２．６２・・・絶対値形成器４４・・・しきい値形成器４６．５６・・・回転数比例電圧形成器４８．６０・・
・比率形成器５０・・・正規化要素６４・・・定数要素６６・・・プログラミング可能なタイミング要素Ｔ１〜
Ｔ６・・・半導体弁ｕｓ＆・・・制御電圧ｕ１□・・・回転数実際値Ｕ、。、・・・目標値１８゜Ｉ＋・・・電流目標値＋１ｓｔ・・・電流実際値ｒｇｌｌＲ）代理人弁理士富村　渭２．．　Ｌ、　Ａ〜
。、ＩＧ　２

Claims

【特許請求の範囲】１）他の２つの相（Ｓ、Ｔ）の相電流（ｉ＿Ｓ、ｉ＿Ｔ
）が転流する問に、三相のブロック電流供給される同期
機（２）の転流に関与しない１つの相（Ｒ）のなかの電
流崩壊を回避するための方法において、２つの相電流（
ｉ＿Ｓ、ｉ＿Ｔ）の転流の間に、同期機（２）を制御す
る制御電圧（ｕ＿ｄ＿ｔ）が、平均して転流オフする相
（Ｓ）のなかの電流上昇率（＠ｄｉ＿Ｓ／ｄｔ＠）が平
均して転流オンする相（Ｔ）のなかの電流上昇率（＠ｄ
ｉ＿Ｔ／ｄｔ＠）に等しいように追加の制御電圧（ｕ＿
ａ＿ｓ）を重畳されることを特徴とする同期機における
電流崩壊の回避のための方法。２）ブロック電流供給される同期機（２）の変換装置（
８）に対するパルス幅変調されたパルスが高周波の三角
波状の走査電圧および制御電圧（ｕ＿ｓ＿ｔ）により発
生される方法であって、追加の制御電圧（ｕ＿ａ＿ｚ）
の振幅（ａ＿ｚ）が関係式ａ＿ｚ＝１／３＋２／３ｅ／Ｕ＿ｄここでｅ＝回転数ｎに対する最大起電力Ｕ＿ｄ＝変換装置の中間回路電圧から導き出され、また各固定子相のオーム性電圧降下が
無視可能に小さいことを特徴とする請求項１記載の方法
。３）転流開始が、同期機（２）と結び付けられている回
転子位置発信器（６）の出力端に生じている位置信号か
ら確認されることを特徴とする請求項１記載の方法。４）転流終了が、測定された転流オフする相電流（ｉ＿
Ｓ）が零に等しいと直ちに到達されていることを特徴と
する請求項１記載の方法。５）転流終了が関係式Ｔ＿Ｋ＝｜Ｊ｜３Ｌ＿Ｄ／（Ｕ＿Ｄ＋２ｅ）ここでＴ＿ｋ＝転流時間｜Ｊ｜＝転流オフする電流の絶対値Ｕ＿ｄ＝変換装置の中間回路電圧ｅ＝回転数ｎに対する最大起電力Ｌ＿Ｄ＝同期機の三相インダクタンスから導き出されることを特徴とする請求項２記載の方法
。６）変換装置（８）、回転計発電機（４）、回転子位置
発信器（６）および調節器（２８）を設けられており、
調節器（２８）の出力端が変換装置（８）の制御装置（
１０）の入力端と結び付けられているブロック電流給電
される同期機（２）により請求項１記載の方法を実施す
るための回路装置において、調節器（２８）の出力端と
制御装置（１０）の入力端との間に加算要素（３０）が
配置されており、その第２の入力端がスイッチ（３２）
を介して追加の制御電圧（ｕ＿ａ＿ｚ）を発生するため
の装置（３４）と結び付けられており、このスイッチ（
３２）が、回転子位置発信器（６）の出力端と結び付け
られている転流検出装置（３６）を介してスイッチオン
可能であり、また転流終了の確認のための装置（３８）
を介してスイッチオフ可能であることを特徴とする同期
機における電流崩壊の回避のための回路装置。７）追加の電圧（ｕ＿ａ＿ｚ）の発生のための装置（３
４）が入力側で一方では回転計発電機（４）と、また他
方では変換装置（８）の中間回路と結び付けられており
、回転計発電機（４）の出力電圧（ｕ＿Ｉ＿Ｓ＿ｔ）が
回転数比例電圧形成器（４６）を介して比率形成器（４
８）の第１の入力端（ｘ）と接続されており、その第２
の入力端（ｙ）が正規化要素（５０）を介して変換装置
（８）の中間回路と結び付けられており、また出力側で
加算要素（５２）と結び付けられており、その一方の入
力端は電圧源と、またその他方の入力端は定数要素を介
して比率形成器（４８）の出力端と接続されていること
を特徴とする請求項６記載の回路装置。８）転流終了の検出のための装置（３８）が入力側で転
流オフする電流の測定のための選択要素（４０）と結び
付けられており、その出力端は絶対値形成器（４２）を
介してしきい値スイッチ（４４）と接続されており、ま
た出力側でしきい値スイッチ（４４）の出力端と結び付
けられていることを特徴とする請求項６記載の回路装置
。９）転流終了の検出のための装置（３８）が入力側に回
転数比例電圧形成器（５６）を有し、その出力端が加算
要素（５８）を介して比率形成器（６０）と接続されて
おり、この加算要素（５８）の第２の入力端に中間回路
電圧（Ｕ＿ｄ）が与えられており、また比率形成器（６
０）の第１の入力端（ｘ）が絶対値形成器（６２）の出
力端と接続されており、その入力端に電流実際値（ｉ＿
Ｉ＿Ｓ＿ｔ）が与えられており、また出力側にプログラ
ミング可能なタイミング要素（６６）を有し、その入力
端が定数要素（６４）を介して比率形成器（６０）の出
力端と結び付けられていることを特徴とする請求項６記
載の回路装置。