JPH0256040B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は同期電動機の制御装置に係り、特に電
圧形インバータを用いた駆動制御回路の瞬時停電
対策を考慮した同期電動機の駆動制御装置に関す
る。

一般に、インバータ回路を用いて電動機を制御
する場合、瞬時停電時の対策をいかに行うかは重
要な問題である。特に静止機器を用いた駆動制御
方法においては、エネルギーを蓄積しておくこと
が困難であるため、たとえ短時間でも電源が無く
なると装置停止に至りシステムダウンとなる。

また一般には「50％電圧降下１秒間」の運転継
続が保証されているが、これは少なくとも制御電
源は１秒間正常に運転できるように対策を施し、
実際の運転においても電源電圧変動時の運転継続
を図ろうとするものである。また主回路的には
100％負荷にて負荷電動機の脱調に至るまでの保
持時間は50ms程度である。したがつて、これ以
上の瞬停保証を行わなければならない。それ故、
これ以上の要求に応えるためには電動機負荷とし
てインバータ運転中に瞬時停電が発生した場合に
運転継続を図るために一旦インバータ運転を停止
し、同時に電動機の逆起電力の大きさや位相と周
波数を検出し電源復帰と同時にインバータの位相
を電動機の位相に合わせて再投入し、円滑に運転
を再開することが必要である。

本発明は上述の点に鑑みてなされたもので、そ
の目的は、順変換回路、チヨツパ回路及びインバ
ータ回路を有する電力変換部を用いて電源復電時
に再投入するときに、平滑用のコンデンサへの突
入電流の流れ込みを防止すること、転流失敗を防
ぐこと、及びインバータ回路の電圧位相を電動機
の逆起電力の位相に正確に合わせることにより円
滑に運転を再開させることにある。

以下に本発明の実施例に係る同期電動機の駆動
制御装置を図面によつて説明する。

第１図において１は交流電源、２は交流電源１
からの交流電力を直流電力に変換する順変換回路
たとえばダイオード２ａを有する整流回路２であ
る。３は整流回路２によつて整流された直流電圧
を調節するチヨツパ回路で、サイリスタ１９と帰
還ダイオード（図示せず）を有する。４は直流リ
アクトル５を介してチヨツパ回路３に接続された
インバータ回路で、サイリスタ２０および帰還ダ
イオード２１を有する。７は整流回路２の出力側
とチヨツパ回路３の入力側間に接続された第１の
コンデンサ、８はチヨツパ回路３の出力側とイン
バータ回路４の入力側間に接続された第２のコン
デンサであり、直流電圧を平滑化するためのもの
である。９はスイツチ６を介してインバータ回路
４に接続された負荷であり、永久磁石型電動機９
ａ〜９ｎを有する。

１０は第１の電圧設定器で、第１のコンデンサ
７の下限電圧を設定するものであり、１１は第１
のコンデンサ７の電圧を検出する絶縁トランスで
ある第１のトランス、１２は第１の電圧設定器１
０の電圧VS１の第１のトランス１１の電圧を入
力とする第１の突合わせ回路である。１３はこの
第１の突合わせ回路１２の偏差出力電圧を入力と
する第１の増幅回路で図示のような入出力特性を
有する。１４は、第２のコンデンサ８の電圧設定
値を出力する第２の電圧設定器、１５は第２のコ
ンデンサ８の電圧を検出する絶縁トランスである
第２のトランスである。１６は第１の増幅回路１
３の出力と第２の電圧設定器１４の出力および第
２のトランス１５の出力を入力する第２の突合わ
せ回路である。１７はこの第２の突合わせ回路１
６の偏差出力電圧を入力とする第２の増幅回路で
自動電圧調整アンプを形成する。１８は第２の増
幅回路１７の増幅出力電圧を入力とする位相制御
回路である。

２２は、負荷９の誘起電圧の位相を検出する誘
起電圧検出回路としての位相検出トランス、２３
はこの位相検出トランス２２で検出した電圧の高
調波分を除去するためのフイルタ回路で、抵抗２
４ａ，２４ｂおよびコンデンサ２５からなるＴ型
回路によつて形成されている。２６は電圧の零値
を検出する零電圧検出回路である。２７はこの零
電圧検出回路２６の出力信号を入力とする第３の
突合わせ回路であり、位相ロツク回路２８の一部
を成すものである。この位相ロツク回路２８は、
第３の合突き合わせ回路２７に入力されたパルス
信号の位相差に対応するパルス幅をもつたパルス
信号を出力する機能を有する。２９は位相ロツク
回路２８の出力信号を入力とするローパスフイル
タ、３０は第４の突合わせ回路、３１はこの第４
の突合わせ回路３０の偏差出力信号を入力とする
第３の増幅器で、ローパスフイルタ２９からのデ
ジタル電圧信号を極性反転すると共に増幅する。
３２は第３の増幅器３１の出力電圧信号を周波数
に変換する電圧−周波数変換回路である。３３は
電圧−周波数変換回路３２の周波数信号を入力と
して作動するリングカウンタ、３４はリングカウ
ンタ３３からの信号を入力とするロジツク回路、
３５はゲート回路である。

３６は周波数と相位差との関係が規定され、第
３の増幅器３１の出力信号に対応する位相補正信
号を位相ロツク回路２８に帰還する位相補正回
路、３７は停電検出トランス、３８は停電検出回
路、３９は第５の突合わせ回路である。

第４図はインバータ回路の１相分を示し、この
インバータ回路はサイリスタスイツチ２０として
サイリスタ２０ａ〜２０ｄを有する。これらのサ
イリスタ２０ａ〜２０ｄはブリツジ回路を形成
し、このブリツジ回路の橋絡辺には転流コンデン
サ４０と転流抵抗４１からなる並列回路が接続さ
れている。ブリツジ回路は転流リアクトル４２ａ
を介して正極側に、転流リアクトル４２ｂを介し
て負極にそれぞれ接続される。またブリツジ回路
の橋絡辺より１相分の交流電力を出力する。ブリ
ツジ回路と並列に転流ダイオード２１ａ〜２１ｂ
の直列回路をカソード側を正極にアノード側を負
極に接続し、転流ダイオード２１ａ，２１ｂの接
続点とブリツジ回路の橋絡辺とを共通線で接続す
る。またブリツジ回路のサイリスタ２０ａと２０
ｂの接続点と第１のコンデンサ（補助充電用コン
デンサ）７の正極側間には転流補助サイリスタ４
３およびリアクトル４４を接続して補助充電ルー
プを形成している。第１のコンデンサ７はチヨツ
パ回路３の入力側において正電位側と負電位側間
に接続され、第２のコンデンサ８はインバータ回
路４の直流入力側とチヨツパ回路の出力側間にお
いて正電位側と負電位側間に接続されている。

上記構成の駆動制御装置において、電源１の正
常時には整流回路２の直流出力電圧はチヨツパ回
路３によつて所定値に調節される。このとき第
１、第２のコンデンサ７，８は所定電圧値に充電
されている。チヨツパ回路３によつて調節された
直流電圧はインバータ回路４によつて所定周波数
の交流電圧に変換されスイツチ６を通して永久磁
石型電動機９ａ〜９ｎに供給される。

一般には第２の突合わせ回路１６において第２
のコンデンサ８の充電電圧と第２の電圧設定器１
４との偏差電圧を第２の増幅回路１７で増幅し、
この増幅された電圧信号を位相制御回路１８に入
力し、これによりチヨツパ回路３を制御してい
た。

ここで停電が起こると、その後においても第１
のコンデンサ７の電圧は第２のコンデンサ８の電
圧よりも高いので、第２のコンデンサ８の電圧は
チヨツパ回路３により第２の電圧設定器１４の設
定値に維持されるが、時間が経つにつれて第１の
コンデンサ７の電圧は放電により低下してくる。
この状態で復電すると第１のコンデンサ７の電圧
は整流回路２の出力電圧まで急激に引き上げられ
るので、第１のコンデンサ７からチヨツパ回路３
の出力側へ大きな突入電流が流れ、チヨツパ回路
３の転流耐量を越えることがあるという問題があ
つた。

そこで本装置では、第１図に示すように第１の
コンデンサ７の充電電圧VC１を検出し、これを
設定値と突合わせている。すなわち、第１のコン
デンサ７の充電電圧VC１は第１のトランス１１
によつて検出された後、第１の突合わせ回路１２
に印加される。第１の突合わせ回路１２において
は第１のトランスの出力電圧と第１の電圧設定器
１０の設定電圧VS１が突合され、VC１からVS
１が差し引かれる。電源電圧が正常時にはVS１
＜VC１となり、第１の増幅回路１３は入力が正
であるから出力信号は零となる。停電が発生する
と、第１のコンデンサ７の電荷が放電しその充電
電圧が下がり、第１のコンデンサ７の電圧VC１
が下限設定値VS１より小さくなると、第１の突
合わせ回路１２の偏差分は負となり、該増幅回路
１３は負の入力信号を反転増幅してから正の電圧
信号を出力する。

第２の突合わせ回路１６においては、第１の増
幅回路１３からの正の電圧信号と第２の電圧設定
器１４からの負の電圧信号と第２のコンデンサ８
の充電電圧に対応する正の電圧信号が印加され、
これらの偏差電圧は第２の増幅回路１７に入力さ
れる。従つて第２の電圧設定器１４よりの設定値
が増幅器１３よりの電圧信号分だけ等価的に小さ
くなり、この結果チヨツパ回路３は第２のコンデ
ンサ８の電圧が小さくなるように動作する。つま
りチヨツパ回路３のオンの比率が小さくなる。第
１のコンデンサ７のエネルギーは電動機９ａ〜９
ｎより帰還ダイオード２１及びチヨツパ回路３内
のダイオード１９ａを介して与えられるが、チヨ
ツパ回路３のオンの比率が小さくなるので、サイ
リスタ１９を通じて第２のコンデンサ８に流れ込
む電荷量が絞られるため第１のコンデンサ７の電
圧低下が抑えられる。従つて復電時に第２のコン
デンサ８に流れ込む突入電流が抑えられる。

しかしながら前述の装置でも電源１が正常であ
るときは、第４図のインバータ回路において、サ
イリスタ２０ａ，２０ｄとサイリスタ２０ｂ，２
０ｃの組合わせでオン、オフが繰返され、負荷９
に電力が供給されるが、瞬時停電が発生すると、
第５図Ａに示すようにインバータ回路の入力電圧
が時刻t₁で消滅する。これにより、第５図Ｄに示
すように、転流コンデンサ４０の電圧が低下して
ゆく。したがつて、数秒に渡つて停電が継続する
と、転流コンデンサ４０の電荷が放電し、その電
圧が低下してインバータの転流耐量が低下して、
インバータの再始動が不可能になる欠点があつ
た。

しかるに本願においては、前記欠点を除去する
ためにサイリスタ２０ｄのゲートパルス（第５図
Ｂ）の位相は位相ロツク．ループ（図示せず）に
より同期されており、第５図Ｃに示すように復電
の条件として時刻t₃でサイリスタ４３にゲート信
号を供給して該サイリスタ４３を点弧する。転流
コンデンサ４０は第５図Ｄの如くVC１＋αまで
充電される。ここでαはリアクトルなどの影響に
よる電圧分である。サイリスタ４３の点弧により
転流コンデンサ４０には第５図Ｄに示すように時
刻t₃で充分に充電されている。そして、時刻t₄以
後は正常動作となりインバータの出力周波数に従
つて転流動作が行われる。

第４図のインバータ回路において、補助サイリ
スタ４３をオンにすれば第１のコンデンサ７から
該補助サイリスタ４３とリアクトル４４、転流コ
ンデンサ４０、サイリスタ２０ｄおよびリアクト
ル４２ｂを通して電流が流れ、転流コンデンサ４
０に第５図Ｄに示すように充電される。したがつ
て、インバータの転流失敗が防止され数秒に渡る
瞬停が発生しても、復電されたとき、装置の再始
動が可能になる。

更に本発明では、電源１に瞬時停電が発生する
と、インバータ回路４は一旦運転を停止させる。
同時にスイツチ６が投入され電動機９ａ〜９ｎの
逆行電力の大きさ、位相、および周波数を検出
し、電源が復帰するとインバータ回路の電圧、位
相を電動機の逆起電力およびその位相に合わせて
同期投入して円滑に運転を再開するものである。
すなわち、電動機９ａ〜９ｎの誘起電圧の位相成
分は位相検出トランス２２によつて検出され、そ
の検出信号はフイルタ回路２３を通じて零電圧検
出回路２６に入力される。ここからの出力パルス
は電圧−周波数変換回路３２より図示しない分周
回路で６倍に分周されたパルスと突き合わされ、
位相ロツク回路２８はそれらパルスの位相差をパ
ルス幅とするパルスを出力する。次にローパスフ
イルタ２９からそのパルスを平滑化した直流電圧
が増幅回路３１を介して出力され、電圧−周波数
変換回路３２にてその直流電圧に対応する周波数
のパルスに変換される。従つて次に述べる位相補
正回路３６を考慮しなければ、電圧−周波数変換
回路３２の出力パルスの位相と零電圧検出回路２
６の出力パルスの位相とが一致した状態でロツク
される。

ところでフイルタ回路２３は検出電圧の高調波
を除去するために必要なものであるが、このフイ
ルタ回路２３の存在により、電動機９ａ〜９ｎの
誘起電圧の零点に対して、零電圧検出回路２６よ
りの出力パルスの位相がθ＝tan^-12πfTだけ遅れ
ている。ただしｆは誘起電圧の周波数、Ｔは
R₁C₁／２であり、R₁はフイルタ回路２３の抵抗
２４ａ，２４ｂの抵抗値、C₁はコンデンサ２５
のキヤパシタンスである。従つて電圧−周波数変
換回路３２の出力パルスは誘起電圧と位相がずれ
たものとなつてしまう。そこで第３図に示すよう
な特性を有し、周波数に対応する電圧が増幅器
３１より入力されたときに、位相差θに対応する
電圧を出力する位相補正回路３６を用いている。
位相ロツク回路２８では、突き合わせ回路２７で
得た位相差と当該位相ロツク回路２８より出力さ
れるパルスの幅との関係が位相補正回路３６の出
力電圧値によつて調整される。この調整の結果、
突き合わせ回路２７で得た位相差をθだけ補正し
た位相差に相当するパルス幅のパルスが位相ロツ
ク回路２８から出力され、結局電圧−周波数変換
回路３２の出力パルスは零電圧検出回路２６の出
力パルスよりもθだけ位相が進んだ状態でロツク
される。

第２図はこの様子を示したものであり、同図Ａ
は位相ずれがない場合の誘起電圧の零点パルス、
Ｂは零電圧検出回路２６の出力パルス、Ｃは電圧
−周波数変換回路３２の出力パルス、Ｄは位相ロ
ツク回路２８の出力パルス、Ｅは位相補正回路３
６の出力信号である。

第３図は位相補正回路３６の特性を示すもの
で、曲線l₀は位相角θ＝tan^-12πfTで与えられる
理想的な曲線であるが、周波数が300Hz位まで
の範囲では直線l₁，l₂に示すように２直線近似補
正で充分である。

こうしてインバータ回路４にはロジツク回路３
４およびゲート回路３５を介してゲート信号が供
給され、負荷９の誘起電圧周波数の６倍の周波
数6とインバータ回路４に供給される周波数とが
停電中に一致する。

これにより、電源停電中に電動機９ａ〜９ｎの
誘起電圧の位相とインバータ回路４に供給される
ゲート信号の位相が合致され、復電してインバー
タを再始動したとき投入電流を防止でき、復電時
における装置の円滑な再始動が可能になる。

以上のように本発明によれば、次のような効果
がある。

停電時にチヨツパ回路の入力側の第１のコン
デンサの電圧が下限設定値よりも低下したとき
には、その低下分に対応する大きさだけチヨツ
パ回路の出力側の第２のコンデンサの電圧の設
定値を等価的に小さくして、チヨツパ回路のオ
ンの比率を小さくし、これにより第１のコンデ
ンサから第２のコンデンサへ流れる電荷量を絞
つて、第１のコンデンサの電圧を低下を抑える
ようにしているから、復電時の第１のコンデン
サより突入電流が抑えられる。

復電時に第１のコンデンサの電荷を補助サイ
リスタを通じてインバータ回路の転流コンデン
サに与えているため、インバータ回路の転流耐
量が確保でき、転流失敗が防止できる。

電動機の誘起電圧を検出するときに高調波除
去用のフイルタ回路が用いられ、これにより誘
起電圧の検出値に位相遅れが生じるが、この位
相遅れ分を位相補正回路により補正しているた
め、正確な同期投入を行うことができる。

以上のことから円滑な運転再開が可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係る駆動制御装置の
ブロツク線図、第２図は位相補正の様子を示す説
明図、第３図は位相補正回路の入出力パターンを
示す特性図、第４図はインバータ回路の具体的な
電気結線図、第５図はインバータ回路の特性図で
ある。 １……交流電源、２……順変換器である整流回
路、３……チヨツパ回路、４……逆変換器である
インバータ回路、７……第１のコンデンサ、８…
…第２のコンデンサ、９……負荷、９ａ〜９ｎ…
…永久磁石型電動機、１０……第１の電圧設定
器、１１……第１のトランス、１２……第１の突
合わせ回路、１３……第１の増幅回路、１４……
第２の電圧設定器、１５……第２のトランス、１
６……第２の突合わせ回路、１７……自動電圧調
整アンプである第２の増幅器、１８……位相制御
回路、２２……位相検出トランス、２３……フイ
ルタ回路、２６……零電圧検出回路、２８……位
相ロツク回路、３１……第３の増幅器、３２……
電圧・周波数変換回路、３５……ゲート回路、３
６……位相補正回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電源に順変換回路、平滑用の第１のコン
   デンサ、チヨツパ回路、平滑用の第２のコンデン
   サ及びインバータ回路をこの順に接続して、イン
   バータ回路よりの交流出力を同期電動機に供給し
   てこれを駆動し、通常時は予め定めた設定電圧と
   第２のコンデンサの充電電圧の検出電圧との偏差
   にもとずいてチヨツパ回路を制御する制御装置に
   おいて、 第１のコンデンサの充電電圧の下限電圧を設定
   する下限電圧設定器と、第１のコンデンサの充電
   電圧の検出電圧が前記下限電圧よりも低くなつた
   ときにその偏差分を出力する増幅器と、第２のコ
   ンデンサの設定電圧を前記増幅器から出力された
   偏差分だけ差し引く突き合わせ回路と、前記交流
   電源の停電時に誘起される電動機の誘起電圧を検
   出する誘起電圧検出回路と、この回路の検出電圧
   の高調波を除去するためのフイルタ回路と、この
   フイルタ回路よりの出力信号の零点を検出する零
   電圧検出回路と、後段に接続される電圧−周波数
   変換回路の出力パルスと前記零電圧検出回路より
   のパルスとを比較し、そのパルスの位相差に対応
   するパルス幅のパルス信号を出力する位相ロツク
   回路と、この位相ロツク回路の出力パルスの平均
   値電圧を得て前記電圧−周波数変換回路に与える
   ローパスフイルタと、入出力の関係が前記フイル
   タ回路における周波数と位相遅れ分との関係に対
   応すると共に前記ローパスフイルタよりの出力電
   圧を入力して対応する位相遅れ分に相当する信号
   を前記位相ロツク回路に与え、これにより前記パ
   ルスの位相差を前記位相遅れ分だけ補正する位相
   補正回路と、前記電圧−周波数変換回路よりの出
   力パルスにもとずいてインバータ回路のゲート信
   号を出力するゲート回路と、前記第１のコンデン
   サとインバータ回路の転流コンデンサとの間に接
   続され、復電初期時にオン状態されてこれを通じ
   て第１のコンデンサの電荷を転流コンデンサに供
   給するスイツチング素子とを設けてなることを特
   徴とする同期電動機の駆動制御装置。