JPH0326040B2 - - Google Patents

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JPH0326040B2
JPH0326040B2 JP5871783A JP5871783A JPH0326040B2 JP H0326040 B2 JPH0326040 B2 JP H0326040B2 JP 5871783 A JP5871783 A JP 5871783A JP 5871783 A JP5871783 A JP 5871783A JP H0326040 B2 JPH0326040 B2 JP H0326040B2
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JP
Japan
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thyristor
resistor
reactor
motor
commutation
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Shuzo Iwakuni
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Toyo Electric Manufacturing Ltd
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P11/00Arrangements for controlling dynamo-electric converters
    • H02P11/06Arrangements for controlling dynamo-electric converters for controlling dynamo-electric converters having an AC output

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は無整流子電動発電機を交流を整流して
得たる電源により制御する無整流子電動発電機の
制御装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION The present invention relates to a control device for a non-commutator motor generator that controls the non-commutator motor generator using a power source obtained by rectifying alternating current.

まず、従来の無整流子電動機の制御装置につい
て説明する。第1図は従来の無整流子電動発電機
の制御回路の一例であり、1,1′は電源に接続
される端子、2はフイルタリアクトル、3はスイ
ツチ、4は電流平滑用リアクトル、5はフイルタ
コンデンサ、6は三相グレツツ結線接続された他
励式インバータでありサイリスタ61〜66によ
り構成される。7は転流補助回路であり、7aは
ダイオード、7bはサイリスタ、7cは転流用コ
ンデンサ、7dは転流用リアクトルである。8,
9は起動時の入力電流を制限するための起動抵抗
器、10は電動機側電機子巻線で10a,10
b,10cはその各相の電機子巻線を示し、11
は発電機側電機子巻線である。電動機側電機子巻
線10と発電機側電機子巻線11は固定子側に設
けられる。12は回転側に設けられた電動機、発
電機に共通の界磁である。13は回転電機子励磁
機の電機子巻線、14は固定子側に設けられた励
磁機の界磁巻線、15は励磁機の予備励磁用の界
磁巻線(以下予励用界磁巻線という)、16は発
電機電圧が所定値になるように制御する制御部、
17〜19は整流用ダイオードである。なお、フ
イルタリアクトル2、電流平滑用リアクトル4と
フイルタコンデンサ5はT型フイルタを構成して
おり、インバータのスイツチング動作により発生
する高調波が直流電源に流れるのを抑制する作用
を果す。
First, a conventional control device for a commutatorless motor will be explained. Figure 1 shows an example of a control circuit for a conventional non-commutator motor generator, where 1 and 1' are terminals connected to the power supply, 2 is a filter reactor, 3 is a switch, 4 is a current smoothing reactor, and 5 is a current smoothing reactor. A filter capacitor 6 is a separately excited inverter connected in a three-phase Gretz connection, and is constituted by thyristors 61 to 66. 7 is a commutation auxiliary circuit, 7a is a diode, 7b is a thyristor, 7c is a commutation capacitor, and 7d is a commutation reactor. 8,
9 is a starting resistor for limiting the input current at startup, 10 is the armature winding on the motor side, 10a, 10
b, 10c indicate the armature windings of each phase, 11
is the generator side armature winding. The motor-side armature winding 10 and the generator-side armature winding 11 are provided on the stator side. 12 is a field common to the electric motor and generator provided on the rotating side. 13 is an armature winding of a rotating armature exciter, 14 is a field winding of an exciter provided on the stator side, and 15 is a field winding for pre-excitation of the exciter (hereinafter referred to as a field for pre-excitation). 16 is a control unit that controls the generator voltage to a predetermined value;
17 to 19 are rectifying diodes. The filter reactor 2, the current smoothing reactor 4, and the filter capacitor 5 constitute a T-type filter, which functions to suppress harmonics generated by the switching operation of the inverter from flowing into the DC power source.

また、起動抵抗器8,9が分割されているのは
つぎの理由による。すなわち、抵抗が片方しか挿
入されないと、スイツチ3が閉じて動作している
ときに直流電源の電圧変動が発生した場合に、フ
イルタリアクトル2とフイルタコンデンサ5の間
で共振現象が発生して容易に減衰しなくなる。こ
のような不具合を防止するため両方に分割挿入す
ることにより共振現象の減衰を速めているもので
ある。
Furthermore, the reason why the starting resistors 8 and 9 are divided is as follows. In other words, if only one resistor is inserted, when the voltage fluctuation of the DC power supply occurs while the switch 3 is closed and operating, a resonance phenomenon will occur between the filter reactor 2 and the filter capacitor 5, and the problem will easily occur. It will no longer attenuate. In order to prevent such problems, the attenuation of the resonance phenomenon is accelerated by inserting the parts separately in both parts.

第1図の制御回路において、始動開始時にはス
イツチ3は開いており、電動機側電機子巻線10
には起動抵抗器8,9を経て他励式インバータ6
により交流に変換された電力が供給される。この
時に励磁器の予励用界磁巻線15にも電流が流れ
るため励磁機が発電し、この結果、界磁12に電
流が流れ発電機側電機子巻線11に電圧が発生
し、電動機側電機子巻線10にも逆起電力が生じ
る。なお、逆起電力が低い間は他励式インバータ
6が円滑に転流することができないがこの間は転
流補助回路7の動作により、転流作用が行われ
る。
In the control circuit shown in FIG. 1, the switch 3 is open at the start of starting, and the armature winding 10 on the motor side
is connected to separately excited inverter 6 via starting resistors 8 and 9.
Electric power converted to alternating current is supplied. At this time, current also flows through the pre-excitation field winding 15 of the exciter, so the exciter generates electricity.As a result, current flows through the field 12, generating voltage in the generator-side armature winding 11, and the motor A back electromotive force is also generated in the side armature winding 10. Note that while the back electromotive force is low, the separately excited inverter 6 cannot smoothly commutate, but during this time, the commutation action is performed by the operation of the commutation auxiliary circuit 7.

逆起電力が十分高くなると他励式インバータ6
は自己転流が可能になる。さらに逆起電力が高く
なるとスイツチ3が閉じることにより、起動抵抗
器8,9、励磁機の予励用界磁巻線15は短絡さ
れて、さらに加速し、定常回転数に達する。
When the back electromotive force becomes high enough, separately excited inverter 6
becomes capable of self-commutation. When the back electromotive force further increases, the switch 3 closes, and the starting resistors 8, 9 and the pre-excitation field winding 15 of the exciter are short-circuited, and the motor accelerates further to reach a steady rotation speed.

ところで、電動機逆起電力による他励式インバ
ータ6の転流作用について第2図により説明す
る。第2図中10A,10B,10Cは各相の電
動機側電機子巻線10a,10b,10cに発生
した逆起電力波形を中性点を基準に示したもので
あり、太実線は中性点に対するインバータの+側
直流端子の電位、太破線は一側直流端子の電位を
示す。時間t1の寸前においてはサイリスタ61と
サイリスタ62が点弧しており、このためインバ
ータの直流+側端子には電動機側電機子巻線10
aの逆起電力波形が現れ、一側端子には電動機側
電機子巻線10cの逆起電力波形が現れている。
By the way, the commutation effect of the separately excited inverter 6 due to the back electromotive force of the motor will be explained with reference to FIG. In Fig. 2, 10A, 10B, and 10C indicate the back electromotive force waveforms generated in the motor-side armature windings 10a, 10b, and 10c of each phase with the neutral point as a reference, and the thick solid line indicates the neutral point. The thick broken line indicates the potential of the one-side DC terminal. Just before time t1 , thyristor 61 and thyristor 62 are ignited, and therefore the motor side armature winding 10 is connected to the DC + side terminal of the inverter.
A waveform of the back electromotive force of the motor side armature winding 10c appears at the one side terminal.

時間t1においてサイリスタ63を点弧すると逆
起電力10Aの電位よりも逆起電力10Bの電位
の方が低いため、サイリスタ61に流れていた電
流はサイリスタ63に転流し、サイリスタ61が
消弧する。サイリスタ61の逆バイアス時間は時
間t1から時間t2までの時間である。
When the thyristor 63 is turned on at time t1 , the potential of the back electromotive force 10B is lower than the potential of the back electromotive force 10A, so the current flowing through the thyristor 61 is commutated to the thyristor 63, and the thyristor 61 is turned off. . The reverse bias time of the thyristor 61 is the time from time t 1 to time t 2 .

第3図は国内の一般的な交流電気車の電動発電
機の電源回路図で、交流を整流して直流を出力す
る電源回路の1例であり、1,1′の端子が第1
図の端子1,1′にそれぞれ接続される。31は
トランス、32はダイオードにより構成される全
波整流回路である。
Figure 3 is a power supply circuit diagram of a motor generator for a general AC electric vehicle in Japan. It is an example of a power supply circuit that rectifies alternating current and outputs direct current.
They are respectively connected to terminals 1 and 1' in the figure. 31 is a transformer, and 32 is a full-wave rectifier circuit composed of a diode.

ところで無整流子電動発電機を交流電車線区間
で使用する場合、次のような不具合があつた。す
なわち、無整流子電動発電機の負荷が少い場合、
フイルタコンデンサ5は交流全波電源によりピー
ク充電され、過電圧になる。このような場合、第
2図中の時間t1を極力時間t2に近づけるように制
御すれば、他励式インバータ6の直流側電圧(直
流電動機の逆起電力に相当する)が高くなり均衡
が保たれようとする。しかし、サイリスタの逆バ
イアス時間を確保する必要上、時間t1と時間t2
間の時間は数百マイクロ秒以上必要であり、実質
的には均衡を保ち得なくなる。すなわち、電車線
電圧が高く、電動発電機の負荷が少い状態におい
ては均衡状態を保ち得なくなり、過速度になると
いう不具合があつた。
By the way, when a non-commutator motor generator is used in an AC overhead contact line section, the following problems occur. In other words, when the load of the non-commutator motor generator is small,
The filter capacitor 5 is peak-charged by the AC full-wave power source and becomes overvoltage. In such a case, if the time t 1 in Fig. 2 is controlled to be as close to time t 2 as possible, the DC side voltage of the separately excited inverter 6 (corresponding to the back electromotive force of the DC motor) will increase and balance will be maintained. try to keep it. However, since it is necessary to secure the reverse bias time of the thyristor, the time between time t 1 and time t 2 is required to be several hundred microseconds or more, and it becomes virtually impossible to maintain balance. That is, when the overhead line voltage is high and the load on the motor/generator is low, a balanced state cannot be maintained, resulting in overspeed.

本発明は上述したような不具合を解消するため
になされたもので、以下本発明を実施例図面にも
とづいて説明する。
The present invention has been made to solve the above-mentioned problems, and the present invention will be explained below based on the drawings of the embodiments.

第4図は本発明の一実施例を示す無整流子電動
発電機の制御回路接続図で、第1図と同一部分に
は同一符号を付してある。図中、第1図と異なる
のは転流補助回路7を構成するダイオード7aの
代りにサイリスタ7eを用い、また抵抗20を追
加した点である。なお端子1,1′には、前述と
同様に第3図に示したような電源回路が接続され
る。
FIG. 4 is a control circuit connection diagram of a non-commutator motor generator showing an embodiment of the present invention, in which the same parts as in FIG. 1 are given the same reference numerals. The difference between the figure and FIG. 1 is that a thyristor 7e is used in place of the diode 7a constituting the commutation auxiliary circuit 7, and a resistor 20 is added. Note that a power supply circuit as shown in FIG. 3 is connected to the terminals 1 and 1' in the same manner as described above.

第4図の制御回路において、図示のように他励
式インバータ6の直流端子と、電流平滑用リアク
トル(第1のリアクトル)と、スイツチ3と、フ
イルタリアクトル2(第2のリアクトル)と、交
流を整流して得たる直流電源より成る閉回路が構
成されている。その直流電源に対し、電流平滑用
リアクトル4とフイルタリアクトル2との間で、
T形フイルタ回路を形成するようにフイルタコン
デンサ5が接続されている。フイルタコンデンサ
5とスイツチ3の一端との間には、起動抵抗器9
(第1の抵抗)が接続される。その起動抵抗器9
とフイルタコンデンサ5との接続点と、スイツチ
3の他の一端との間には、起動抵抗器8(第2の
抵抗)が挿入されている。他励式インバータ6の
直流端子相互間に、インバータ入力直流電流がバ
イパスする極性に追加したサイリスタ7e(第1
のサイリスタ)、サイリスタ7b(第2のサイリス
タ)、転流リアクトル7dよりなる直列接続体、
サイリスタ7bと転流リアクトル7dに対して並
列に設けた転流コンデンサ7cを備え、サイリス
タ7eとサイリスタ7bとの接続点に抵抗20の
一端を接続し、その抵抗20の他の一端は起動抵
抗器9の中間端子に接続される。
In the control circuit of FIG. 4, as shown in the figure, the DC terminal of the separately excited inverter 6, the current smoothing reactor (first reactor), the switch 3, the filter reactor 2 (second reactor), and the AC A closed circuit consisting of a DC power source obtained by rectification is constructed. For the DC power supply, between the current smoothing reactor 4 and the filter reactor 2,
A filter capacitor 5 is connected to form a T-type filter circuit. A starting resistor 9 is connected between the filter capacitor 5 and one end of the switch 3.
(first resistor) is connected. Its starting resistor 9
A starting resistor 8 (second resistor) is inserted between the connection point between the filter capacitor 5 and the other end of the switch 3. A thyristor 7e (the first
thyristor), thyristor 7b (second thyristor), and commutation reactor 7d,
A commutating capacitor 7c is provided in parallel with the thyristor 7b and the commutating reactor 7d, one end of a resistor 20 is connected to the connection point between the thyristor 7e and the thyristor 7b, and the other end of the resistor 20 is a starting resistor. Connected to the intermediate terminal of 9.

すなわち、電動機側電機子巻線10の逆起電力
による転流ができない起動時は、サイリスタ7e
はダイオードの役目を果すようにゲートパルスを
与えることにより、従来の方式と同様に転流補助
回路として動作させ、他励インバータ6が逆起電
力による自己転流が可能な状態になると、転流補
助動作を停止させる。その後、さらに逆起電力が
高くなると、スイツチ3を閉じることにより起動
抵抗器8,9、励磁機の予励用界磁巻線15が短
絡されて、さらに加速し定常状態に達するのは従
来と同一である。ところで、従来の方式は起動時
のみのためにサイリスタ、ダイオード転流リアク
トル、転流コンデンサなど高価な部分より成る転
流補助回路7を設けていたが、本発明では定常状
態においても積極的に利用し、前述の加速度とい
う不具合を防止するものである。
That is, at startup when commutation cannot be performed due to the back electromotive force of the motor side armature winding 10, the thyristor 7e
By applying a gate pulse to act as a diode, it operates as a commutation auxiliary circuit in the same way as in the conventional system, and when the separately excited inverter 6 becomes capable of self-commutation due to back electromotive force, commutation starts. Stop the auxiliary operation. After that, when the back electromotive force increases further, the starting resistors 8 and 9 and the pre-excitation field winding 15 of the exciter are short-circuited by closing the switch 3, which accelerates further and reaches a steady state. are the same. By the way, in the conventional system, a commutation auxiliary circuit 7 consisting of expensive parts such as a thyristor, a diode commutation reactor, and a commutation capacitor was provided only during startup, but in the present invention, it is actively used even in a steady state. This is to prevent the problem of acceleration mentioned above.

本発明によれば、電車線電圧が高く、さらに負
荷が軽い状態においてはサイリスタ7bを点弧さ
せることによりフイルタコンデンサ5の電荷は抵
抗20、サイリスタ7bを介して放電する。もち
ろんこの場合、サイリスタ7eはオフのままとす
る。サイリスタ7eの動作周波数は一定でもよ
く、また可変とすれば抵抗20があたかも可変抵
抗として働くため、コンデンサ電圧を一定に保つ
こともなく可能である。なお7が転流補助回路と
して働く場合に対し、抵抗20が補充電抵抗とし
ての役目も果すなど数多くの利点を合せ持つてい
る。
According to the present invention, when the overhead line voltage is high and the load is light, the charge in the filter capacitor 5 is discharged via the resistor 20 and the thyristor 7b by firing the thyristor 7b. Of course, in this case, the thyristor 7e remains off. The operating frequency of the thyristor 7e may be constant, or if it is variable, the resistor 20 acts as if it were a variable resistor, making it possible to do so without having to keep the capacitor voltage constant. In addition, in contrast to the case where the resistor 7 functions as a commutation auxiliary circuit, the resistor 20 has many advantages such as also functioning as an auxiliary charging resistor.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来の無整流子電動発電機の制御回路
接続図、第2図はその動作を説明するための各部
電圧波形明説図、第3図は無整流子電動発電機の
電源回路図、第4図は本発明の一実施例を示す無
整流子電動発電機の制御回路接続図である。 2……フイルタリアクトル、3……スイツチ、
4……電流平滑用リアクトル、5…フイルタコン
デンサ、6……他励式インバータ、7……転流補
助回路、8,9……起動抵抗器、10……電動機
側電機子巻線、11……発電機側電機子巻線、1
2……界磁、13……回転電機子形励磁機の電機
子巻線、14……回転電機子形励磁機の界磁巻
線、15……励磁機の予励用界磁巻線、16……
制御部、17〜19……ダイオード、20……抵
抗、31……トランス、32……全波整流回路。
Fig. 1 is a control circuit connection diagram of a conventional non-commutated motor generator, Fig. 2 is an explanatory diagram of voltage waveforms at each part to explain its operation, and Fig. 3 is a power supply circuit diagram of a non-commutated motor generator. , FIG. 4 is a control circuit connection diagram of a non-commutator motor generator showing an embodiment of the present invention. 2...filter reactor, 3...switch,
4... Current smoothing reactor, 5... Filter capacitor, 6... Separately excited inverter, 7... Commutation auxiliary circuit, 8, 9... Starting resistor, 10... Motor side armature winding, 11... Generator side armature winding, 1
2... Field, 13... Armature winding of rotating armature type exciter, 14... Field winding of rotating armature type exciter, 15... Field winding for pre-excitation of exciter, 16...
Control unit, 17 to 19...diode, 20...resistor, 31...transformer, 32...full wave rectifier circuit.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 固定子側に電動機側および発電機側の電機子
巻線を備えるとともに、回転界磁に電力を供給す
る回転電機子形励磁機を内蔵する無整流子電動発
電機の電動機側電機子巻線に発生する逆起電力に
より転流する三相グレツツ結線された他励式イン
バータと、該他励式インバータの直流端子と直流
電源の間に介在する直列に接続された第1のリア
クトルとスイツチと第2のリアクトルと、前記ス
イツチに並列に設けられた第1の抵抗および第2
の抵抗の直列接続体と、該第1の抵抗および第2
の抵抗の接続点と前記直流電源の反リアクトル側
端子間に接続されたフイルタコンデンサと、前記
他励式インバータの直流端子相互間にインバータ
入力直流電流がバイパスする極性に追加した第1
のサイリスタと第2のサイリスタと転流用リアク
トルの直列接続体と、該第2のサイリスタと転流
用リアクトルに対し並列に接続された転流用コン
デンサとから成り、前記第1のサイリスタと第2
のサイリスタの接続点に一端を接続しかつ他端を
前記第1の抵抗のいずれかの端子に接続してなる
第3の抵抗を設けて成る無整流子電動発電機の制
御装置。
1. Motor-side armature winding of a commutatorless motor-generator that is equipped with the armature windings of the motor side and the generator side on the stator side and also has a built-in rotating armature type exciter that supplies power to the rotating field. A separately excited inverter with a three-phase Gretzz connection that commutates due to a back electromotive force generated in the inverter, a first reactor, a switch, and a second reactor, a first resistor and a second resistor provided in parallel with the switch.
a series connection body of resistors, the first resistor and the second resistor;
A filter capacitor connected between the connection point of the resistor and the anti-reactor side terminal of the DC power supply, and a first polarity added to the inverter input DC current bypass between the DC terminals of the separately excited inverter.
A thyristor, a second thyristor, and a commutation reactor are connected in series, and a commutation capacitor is connected in parallel to the second thyristor and the commutation reactor, and the first thyristor and the second thyristor are connected in series.
A control device for a non-commutator motor generator, comprising a third resistor having one end connected to a connection point of the thyristor and the other end connected to one of the terminals of the first resistor.
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