JPH0223087A - 誘導電動機の制御回路 - 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〕 この発明は、可変電圧可変周波数（ｖｖｖｙ）インバー
タを用いた誘導電動機の制御回路に関するものである。

〔従来の技術〕

第３図は例えば特公昭６０−５６３６２号公報に示され
た従来の可変電圧可変周波数（ｖｖｖＦ）インバータの
制御回路を用いて、電気車全運転する誘導電動機を駆動
する場合を示すブロック図であり、図において（１）は
直流電源、（２）は直流電源（１）の出力を受けて交流
電力に変換して出力する可変電圧可変周波数（以下ｖｖ
ｖ：ｐと略す）インバータ、【３）はｖｖｖｙインバー
タ（２）の出力を受けて電気車を駆動する誘導電動機、
（４）は誘導電動機（３）の回転数に比例した信号ｖＭ
を出力する指速発電機、（５）は上記信号’７Ｍ及び電
気車を運転するための外部指令値ｖｓｙを入力して誘導
室！！！１機（３）のすべり周波数７８を所定の大きさ
にするように上記ｖｖｖｙインバータ（２）の周波数Ｆ
を制御する第１の制御要素、（６）は誘導電動機（３）
のトルク（回転力）を制御するための複数個のノツチ指
令値を入力し、この入力に応じて誘導電動機（３）に加
わるｖｖｖｙｒインバータ（２）の出力電圧の大きさを
ｖｖｖｙインバータ（２）の周波数が所定値以上になる
と一定値に抑制するための信号を出力する第２の制御要
素、（７）は第２の制御要素（６）の出力信号と上記信
号ＶＭと上記外部指令値ｖｓｙとを入力して、上記ｖｖ
ｖｙインバータ（２）の出力電圧Ｖを周波数１領域に応
じてＶ／’１！一定及びＶ一定となるように制御する第
３の制御要素である。

従来の誘導電動機制御回路は上記のように構成され、Ｖ
Ｖ’７Ｆインバータ（２）の出力電圧Ｖは、第２及び第
３の制御要素（ａ）　ａ　（７）に制御されて、第４図
に示すような電圧対周波数特性を有する出力電圧Ｖとな
る。即ち、例えば指令が２ノツチであれば周波数が０−
ＦＯ２の間では電圧Ｖは周波数ＩＦＫ比例して増大し、
周波数がｙｇ２以上の範囲では大きさが７０２の一定の
出力電圧となる。

一方、誘導電動機（３）の出力トルクは、すべりＳの小
さい範囲では、 トルクＴαＩＦｓ　Ｘ　（−）　　　　　　（１）とな
るので、第１の制御要素（５）によシすべ９周波・数１
８が一定値になるように制御されると、第４図の電圧対
周波数特性に対応して誘導電動機（３）のトルク対周波
数特性は第５図に示したような特性となる。例えば、指
令が２ノツチであれば、周波数がＦＯ２までの範囲では
一定トルクＴｏとなり、それ以上の周波数では、ｌ／Ｉ
Ｆ２に比例して減少するトルクとなる。

さらに、誘導電動＠　（３）に流れる電流工Ｖとトルク
Ｔとの間には次のような関係式が一般的に成り立つと考
えられる。

？　−Ｋ　　　　−！　　　　ＩＭ ！ 、　ｚ　　　　７　　　　ｏ　　　マ ？？７Ｓ −Ｋ　　　　（−）　　・　　？　ｓ　　　　　　（２
）？ ここでに−に−Ｋ　　１？に、に、Ｋ　　は定数、又、
＃＃　　　３：　　　　、、　　である。

ＩＭ七に　　　　７ 従って、ｖ（インバータ（２）の出力電圧）／７（周波
数）が一定のときは、電流工、の大きさはトルクＴに比
例し、Ｖが一定のときは、周波数１の値に逆比例して減
少する０（すべυ周波数？Ｓを一定として運転する場合
）これらの関係より、誘導電動機（３）に流れる電流工
、１ｖｖｖｙインバータ（２）の出力電圧Ｖ、その周波
数１、トルクでの関係は第６図に示すようなものとなる
。第６図は指令が２ノツチの場合を示している。このよ
うなトルク対周波数特性は電気車を運転するための従来
の直流電動機の特性と同じである。

〔発明が解決しようとする課題〕

上記のような従来の誘導電動機制御回路では、誘導電動
機（３）の高速運転時、即ちｖｖｖｙインバータ（２）
の周波数７の大きい領域においては、ｖｖｖｙインバー
タ（２）の出力電圧を最大出力電圧よりも低い一定値に
保持するため（−出力電圧を変調するため）、ｖｖｖｙ
ｒインバータ（２）のスイッチングの回数が多くなり、
電力のスイッチングロスが大きいという課題があった。

この発明は、かかる課題を解決するためになされたもの
で、誘導電動機の高速運転時においても、ｖｖｖｙｐイ
ンバータのスイッチングロスの小さい誘導電動機制御回
路を得ることを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

この発明に係る誘導電動機制御回路は、誘導電動機を駆
動する可変電圧可変眉波数インバータと、外部指令値に
応じて第１の電流パターンを出力する電流パターン発生
回路と、この電流パターン発生回路の出力に上記インバ
ータの出力周波数の二乗分の一の値を乗じた第２の電流
パターンを出力する乗算回路と、上記第１又は第２の電
流パターンに基づいて上記インバータの出力電流及び出
力電圧を制御する制御要素とを備えたものである。

〔作用〕

この発明においては、上記周波数が所定範囲以下にある
ときは上記第１の電流パターンに基き、上記周波数が上
記所定範囲内にあるときは上記第２の電流パターンに基
いて、制御要素が上記出力電流を制御すると共に、上記
周波数が上記所定範囲以下及び上記所定範囲内にあると
きは上記出力電圧を上記出力周波数に比例させ、上記周
波数が上記所定範囲以上となるときは上記出力電圧を一
定最大値に保持するように上記制御要素が上記インバー
タを制御する。

〔実施例〕

第１図はこの発明による誘導電動機制御回路を用いて電
気車（図示せず）を運転する場合の一実施例を示すブロ
ック図であり、直流電源（１）、７７７１インバータ（
２）、誘導電動１ｉ１１　（３）、指速発電機（４）は
従来のものと同様である。（５Ａ）は第１の制御要素（
５Ａ）　ｅ　（）Ａ）は第３の制御要素である０上記第
３の制御要素（７人）には従来の第２の制御要素（６）
からの入力はなくなり、かわシに新たな入力（図中のΔ
工輩）が加わることとなる。この人力Δ１輩は第１の制
御要素（５ム）にも入力される。（８）は電気車を運転
するための応荷重等の第１の外部指令値Ｓに応じｒ第１
ｏｔ流パターンを出力する電流パターン発生回路、（９
）は電流パターン発生回路（８）の出力と第１の制御要
素（５Ａ）の出力即ち、Ｖマｖ１インバータ（２）の出
力周波数（第１図中の１）指示信号とを入力して、電流
パターン発生回路（８）の出力に’７７７？インバータ
（２）の出力周波数の二乗分の一の値を乗じた第２の電
流パターンを出力する乗算回路（９）、α０は電流パタ
ーン発生回路（８）の出力と第１の制御要素（５人）の
出力とを入力して、電流パターン発生回路（８）の出力
にｖｖｖｙインバータ（２）の出力周波数の逆数の値を
乗じた第３の電流パターンを出力する乗算回路、卸は電
気車を運転するためのノツチ（Ｎ）指令を受けて、ノツ
チ（Ｎ）の値に対応する周波数？ＯＩＩの値と、ｖｖｖ
ｙインバータ（２）の出力電圧の一定最大値Ｖｏに対応
する周波数７０の値を出力するノツチ等指令器、（６）
は電流パターン発生回路（８）、乗算回路（９）　、　
（１（１、ノツチ等指令器■、第１の制御要素（５人）
の出力を入力し、ｖｖｖｙインバータ（２）の周波数７
がノツチ指令に対応する周波数ＦＯＮ以下のときには電
流パターン発生回路（８）からの入力を出力し、上記周
波数１が上記周波数１’ＯＮからＦＱの範囲内にあると
きは乗算回路（９）からの入力を出力し、上記周波数１
０以上のときには乗算回路α０からの入力を出力する電
流選択器であシ、その出力電流は１輩′である。この電
流１輩′と誘導電動機（３）を流れる電流工Ｍの大きさ
が比較され、両者の差分Δ工Ｍが第１の制御要素（５Ａ
）及び第３の制御要素（ｉ）に入力される。又、以上の
ノツチ等指令器Ｉ、を流選択器（２）、第１の制御要素
（５Ａ）及び第３の制御要素（）Ａ）でｖｖｖｙインバ
ータ（２）の出力電圧Ｖ、出力周波数Ｆ及び出力電流（
電流工Ｖに相当）を制御する制御要素０を構成する。

上記のように構成された誘導電動機制御回路においては
、制御要素０のうちの第１の制御要素（５Ａ）は指速発
電機（４）の出力信号である誘導電動機（３）の回転数
に比例した信号ＶＭと、すぺ９周波数ＸＩＢを所定の値
にして誘導電動機（３）を運転するための第２の外部指
令値ｖｓｐと上記の差分Δ工Ｍとを入力して、ｖｖｖｙ
インバータ（２）の出力周波数７の値を指示する信号を
出力する。一方、制御要素０のうちの第３の制御要素（
’ｌ’Ａ）は、第１の制御要素（５人）と同じ入力信号
ｖＭ　＋　ｖｓ、　＃　Δ工輩　を入力し、ｖｖｖ　ｙ
インバータ（２）の出力電圧Ｖの値を指示する信号を出
力する。この出力電圧Ｖの値は、上記出力周波数１の値
が上記の周波数１ＰｏＯ値より小さいときは出力電圧Ｖ
を出力周波数１の値に比例させ、出力周波数１の値が周
波数７０以上のときは一定最大値ｖＯに保持するように
指示される。制御要素（至）のうちの電流選択器（２）
は、ノツチ等指令器０及び第１の制御要素（５ム）の出
力信号を入力し、ｖｖｖｙインバータ（２）の出力周波
数１の値が、上記周波数Ｉ’ＯＮ以下のときは上記第１
の電流パターンを選択し、出力周波数１の値が上記周波
数ＦＯＮから上記周波数７０の間にあるときは上記第２
の電流パターンを選択し、出力周波数７の値が上期周波
数Ｆ。以上のときは上記第３の電流パターンを選択し、
電流値ＫＭ　Ｉとして出力する。制御要素０の中で、こ
の電流値１菖′と誘導電動機（３）を流れる電流工Ｍと
が比較され、その差分Δ１竃の値が上記の第１の制御要
素（５Ａ）及び第３の制御要素（）Ａ）へ出力される。

このΔ工輩の値は誘導電動機（３）のすべり周波数の微
小変化分ΔＪ５に対応する制御量である。

ｖｖｖｐインバータ（２）は制御要素（至）によシ上記
のように制御され、その出力電圧Ｖ、出力周波数１．誘
導電動機（３）を流れる電流１輩、そのトルクＴの関係
は第２図に示すような特性となる。即ち、第６図中に示
す領域■においては電流工Ｍの大きさは一定、領域Ｈに
おいてはｚＭαｌ／ＩＦ２、領域■においては工Ｍαｌ
／Ｆ　　となる。又、領域Ｉ、ＩＩでは出力電圧Ｖは出
力周波数１に比例し、領域■では一定最大値ｖ□の出力
電圧となる。このような電流、電圧特性と前述の（２）
式との関係からトルクでは、領域■においては一定の大
きさのトルクとなり、領域■、■においては１／１２の
値に比例して減少するトルクとなる。このトルク対周波
数特性は従来の場合と同一である。又、高周波領域正に
おいては出力電圧Ｖは一定最大値に保持されておシ、第
６図に示す従来の出力電圧Ｖのように低い一定値に保持
するための電圧変調はなされていない。

ところで上記説明では、この発明による誘導電動機制御
回路を電気車の運転に適用する場合について述べたが、
電気車以外のものに適用しても構わない。

〔発明の効果〕

この発明による誘導電動機制御回路は、誘導電動機を駆
動する可変電圧可変周波数インバータと、第１の電流パ
ターンを出力する電流パターン発生回路と、この電流パ
ターン発生回路の出力に上記インバータの出力周波数の
二乗分の一の値を乗じた第２の電流パターンを出力する
乗算回路と、上記インバータの出力電流を上記周波数の
所定範囲により第１の電流パターン又は第２の電流パタ
ーンに基いて制御すると共に、上記周波数範囲に応じて
上記インバータの出力電圧を制御する制御要素とを備え
、上記周波数の高い範囲では一定最大値の上記出力電圧
を出力保持するようにしたので、誘導電動機の高速運転
時に、上記インバータの出力電圧を変調する必要がなく
、従って上記インバータのスイッチング田ス電力を小さ
くできるという効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明による誘導電動機制御回路の一実施例
を示すブロック図、第２図は本発明により駆動される誘
導電動機及びインバータの出力特性図、＠３図は従来の
誘導電動機制御回路のブロック図、第４図は第３図の一
構成要素の電圧対周波数特性図、第５図は従来の誘導電
動機のトルク対周波数特性図、第６図は従来の誘導電動
機及びインバータの出力特性図である。 図において、（２）は可変電圧可変周波数インバータ、
（３）は誘導電動機、（８）は電流パターン発生回路、
（９）は乗算回路、（至）は制御要素である。 なお、各図中、同一符号は同一または相当部分を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 直流電力を入力して交流電力に変換し、誘導電動機を駆
   動する可変電圧可変周波数インバータと、第１の外部指
   令値に応じて第１の電流パターンを出力する電流パター
   ン発生回路と、この電流パターン発生回路の出力に上記
   インバータの出力周波数の二乗分の一の値を乗じた第２
   の電流パターンを出力する乗算回路と、上記周波数が所
   定範囲以下にあるときは上記第１の電流パターンに基い
   て上記インバータの出力電流を制御し、上記周波数が上
   記所定範囲内にあるときは上記第２の電流パターンに基
   づいて上記インバータの出力電流を制御すると共に、上
   記周波数が上記所定範囲以下及び上記所定範囲内にある
   ときは上記インバータの出力電圧をその周波数に比例さ
   せ、上記周波数が上記所定範囲以上となるときは上記出
   力電圧を一定最大値に保持するよう上記インバータを制
   御する制御要素とを備えたことを特徴とする誘導電動機
   の制御回路。