JPH0413959B2 - - Google Patents
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Description
【発明の詳細な説明】
[発明の目的]
(産業上の利用分野)
本発明は、鉄鋼圧延機、水道ポンプあるいはト
ンネル排気用ブロア等に利用される高速大容量の
交流電動機駆動装置に関する。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Industrial Application Field) The present invention relates to a high-speed, large-capacity AC motor drive device used in a steel rolling mill, a water pump, a tunnel exhaust blower, or the like.
(従来の技術)
電動機は大きく分けて、直流電動機と交流電動
機がある。前者はトルクリツプルが小さく、制御
性能に優れ、取扱い易いという利点があり、広い
分野で利用されてきた。しかし、ブラシや整流子
の保守に手間がかかり、高速化や大容量化に限度
があるため、最近では交流可変速電動機に置き換
えられる傾向にある。(Prior Art) Motors can be broadly divided into DC motors and AC motors. The former has the advantages of small torque ripple, excellent control performance, and ease of handling, and has been used in a wide range of fields. However, because maintenance of brushes and commutators is time-consuming and there are limits to increasing speed and capacity, there is a recent trend toward replacing them with AC variable speed motors.
交流電動機の代表的なものは、誘導電動機と同
期電動機である。その他にリラクタンスモータや
ヒステリシスモータ等があるが、適用分野はかな
り限られている。 Typical AC motors are induction motors and synchronous motors. Other motors include reluctance motors and hysteresis motors, but their application fields are quite limited.
同期電動機の逆起電力を利用してサイリスタイ
ンバータを自然転流させるものは無整流子電動機
として一般に知られている。この無整流子電動機
は自然転流であるため大容量化が容易で制御性能
も直流機に近似しており、種々の分野に適用され
てきている。しかし、界磁極を必要とするため、
電動機本体が大きくなり、また自然転流の限界か
らの制約により過負荷耐量が小さい等の欠点を有
する。 A motor that naturally commutates a thyristor inverter using the back electromotive force of a synchronous motor is generally known as a non-commutator motor. Since this commutatorless motor uses natural commutation, it is easy to increase the capacity and the control performance is similar to that of a DC motor, so it has been applied to various fields. However, since it requires field poles,
The main body of the electric motor is large, and the overload capacity is small due to the limitations of natural commutation.
誘導電動機、特にかご形誘導電動機はその構造
が簡単で、堅牢で取扱い易い利点を有する。反
面、自励インバータが必要となり、当該変換器か
らの制約がある。 Induction motors, particularly squirrel cage induction motors, have the advantage of being simple in structure, robust, and easy to handle. On the other hand, a self-excited inverter is required, and there are restrictions from the converter.
最近、トランジスタやゲートターンオフサイリ
スタ等の自己消弧素子の大容量化が図られ、上記
自励インバータに用いられるようになつてきた。
特に、パルス幅変調制御(PWM)インバータは
電動機に正弦波電流を供給できるため、トルクリ
ツプルが小さく、低騒音の交流可変速電動機を達
成できる。また、制約法としてはV/f=一定制
御、すべり周波数制御あるいはベクトル制御等の
技術が確立しており、直流機なみの特性が得られ
ることも知られている。 Recently, self-extinguishing elements such as transistors and gate turn-off thyristors have been made to have larger capacities and have come to be used in the above self-excited inverters.
In particular, a pulse width modulation control (PWM) inverter can supply a sinusoidal current to the motor, making it possible to achieve an AC variable speed motor with low torque ripple and low noise. Further, as a constraint method, techniques such as V/f=constant control, slip frequency control, vector control, etc. have been established, and it is also known that characteristics comparable to a DC machine can be obtained.
また、交流電源の電圧を利用して自然転流させ
る代表例としてサイクロコンバータがある。この
サイクロコンバータは正弦波電流を電動機に供給
することができ、自然転流であるため大容量化が
容易である等の利点を有する。特に最近では受電
端の入力力率を常に1に制御する無効電力補償形
サイクロコンバータ(特公昭59−14988号)が注
目を集めている。 Further, a cycloconverter is a typical example of a natural commutation using the voltage of an AC power source. This cycloconverter can supply a sinusoidal current to a motor, and has the advantage of being easy to increase capacity because of natural commutation. Particularly recently, a reactive power compensating type cycloconverter (Japanese Patent Publication No. 14988/1988), which always controls the input power factor at the receiving end to 1, has been attracting attention.
(発明が解決しようとする問題点)
上記従来の交流電動機駆動装置は各々の長所を
活かし、種々の分野に利用されている。(Problems to be Solved by the Invention) The conventional AC motor drive devices described above are utilized in various fields by taking advantage of their respective advantages.
しかしながら、大容量で高速の電動機を駆動す
る装置となると、上記従来技術では容易に達成す
ることができないのが現状である。 However, when it comes to a device that drives a large-capacity, high-speed electric motor, the current situation is that it cannot be easily achieved using the above-mentioned conventional techniques.
すなわち、サイクロコンバータは自然転流であ
るため、大容量化が容易に図れるが、出力周波数
が低く、高速化が図れない。また、自励インバー
タはトランジスタやゲートターンオフサイリスタ
等の自己消弧素子を必要とし、装置が高価になる
ため、大容量化が難しい等の問題がある。 That is, since the cycloconverter uses natural commutation, it is easy to increase the capacity, but the output frequency is low and high speed cannot be achieved. Furthermore, self-excited inverters require self-extinguishing elements such as transistors and gate turn-off thyristors, making the device expensive and causing problems such as difficulty in increasing the capacity.
また、無整流子電動機は自然転流であるため大
容量化が可能で、高速化も比較的容易であるが、
電動機自体が複雑で大形になり、かつ矩形波電流
が電機子巻線に供給されるため、トルクリツプル
が大きい等の問題がある。さらに始動時の転流問
題や過負荷耐量等にも問題が残る。 In addition, since commutatorless motors have natural commutation, it is possible to increase the capacity and it is relatively easy to increase the speed.
Since the electric motor itself is complicated and large, and rectangular wave current is supplied to the armature winding, there are problems such as large torque ripple. Furthermore, there remain problems with commutation during startup, overload capacity, etc.
一方、電動機の大容量化に伴ない、電源側に発
生する無効電力や高調波の影響も無視できなくな
る。無効電力の変動は電源系統電圧の変動をきた
し、同一系統に接続された電気機器に種々の悪影
響を及ぼす。また、高調波電流はテレビやラジオ
あるいは通信線に誘導障害をひき起こし、特に変
換器によつて発生する第3、第5、第7次の高調
波は除去しにくいものとしてきらわれている。 On the other hand, as the capacity of electric motors increases, the effects of reactive power and harmonics generated on the power supply side cannot be ignored. Fluctuations in reactive power cause fluctuations in power system voltage, which has various negative effects on electrical equipment connected to the same system. Further, harmonic currents cause inductive disturbances in televisions, radios, and communication lines, and the third, fifth, and seventh harmonics generated by converters are particularly disliked as they are difficult to remove.
無効電力補償形サイクロコンバータ(特公昭59
−14988号等)は受電端の入力力率を常に1に保
持できる電力変換器として、上記無効電力の問題
を解決する有力な手段であるが、出力周波数に依
存する高調波電流が入力側に現われるため、その
対策に苦慮しなければならない。 Reactive power compensation type cycloconverter
-14988, etc.) is a power converter that can always maintain the input power factor at the receiving end at 1, and is an effective means of solving the above reactive power problem, but harmonic current that depends on the output frequency is generated on the input side. Because it appears, we have to take great care to deal with it.
さらに、最近では交直電力変換器とアクテイブ
フイルタの機能を合わせもつ電力変換装置(特開
昭59−61475号等)も発表されており、前記自動
インバータ+誘導電動機の装置と組合せた交流電
動機駆動装置が注目されている。 Furthermore, recently, power converters (such as Japanese Patent Application Laid-open No. 59-61475) that have both the functions of an AC/DC power converter and an active filter have been announced, and AC motor drive devices that combine the above-mentioned automatic inverter + induction motor device have been announced. is attracting attention.
この方式は、入力電流が電源電圧と同相の正弦
波に制御されるため、高調波が少なく、入力力率
を常に1に保持できる等の利点を有する反面、変
換器はトランジスタやゲートターンオフサイリス
タ等の自己消弧素子で構成しなければならず、大
容量化が難しく、経済性に難を持つ欠点がある。 This method has the advantage that the input current is controlled to a sine wave that is in phase with the power supply voltage, so there are few harmonics and the input power factor can always be maintained at 1. It has to be constructed with self-extinguishing elements, making it difficult to increase the capacity and being economically unsatisfactory.
本発明は、以上の問題点に鑑みてなされたもの
で、商用の電源周波数(50Hzまたは60Hz)に対し
て、交流電動機(誘導電動機、同期電動機、リラ
クタンスモータ等)に0〜数百Hzの正弦波電流を
供給し、かつ電源の入力力率が常に1で高調波が
少ない高速大容量の交流電動機駆動装置を提供す
ることを目的とする。 The present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and has a sine frequency of 0 to several hundred Hz for AC motors (induction motors, synchronous motors, reluctance motors, etc.) with respect to the commercial power frequency (50 Hz or 60 Hz). It is an object of the present invention to provide a high-speed, large-capacity AC motor drive device that supplies wave current, has a power supply whose input power factor is always 1, and has few harmonics.
[問題点を解決するための手段]
上記の目的を達成するために、本発明は交流電
源と、該交流電源に電源トランスを介して出力側
端子を接続した非循環電流式サイクロコンバータ
と、該非循環電流式サイクロコンバータの入力側
端子に接続された進相コンデンサと、該進相コン
デンサに絶縁トランスを介して入力側端子を接続
した循環電流式サイクロコンバータと、当該循環
電流式サイクロコンバータの出力側端子に接続さ
れた交流電動機とから構成され、前記進相コンデ
ンサの電圧波高値がほぼ一定になるように前記交
流電源から供給される電流を前記非循環電流式サ
イクロコンバータによつて、電源電圧と同相(入
力力率=1)の正弦波(高調波成分が小)に制御
し、かつ前記循環電流式サイクロコンバータによ
つて前記交流電動機に可変電圧可変周波数の電力
を供給するように制御することを特徴としたもの
である。[Means for Solving the Problems] In order to achieve the above object, the present invention comprises an AC power supply, a non-circulating current type cycloconverter whose output side terminal is connected to the AC power supply via a power transformer, and the non-circulating current type cycloconverter. A phase advancing capacitor connected to the input side terminal of a circulating current type cycloconverter, a circulating current type cycloconverter having the input side terminal connected to the phase advancing capacitor via an isolation transformer, and an output side of the circulating current type cycloconverter. and an AC motor connected to a terminal, the non-circulating current type cycloconverter converts the current supplied from the AC power supply into the power supply voltage so that the voltage peak value of the phase advance capacitor is approximately constant. Control is performed so that the power is controlled to be an in-phase (input power factor = 1) sine wave (with small harmonic components), and the circulating current type cycloconverter supplies variable voltage variable frequency power to the AC motor. It is characterized by
(作用)
すなわち、非循環電流式サイクロコンバータ
は、交流電源(50Hzまたは60Hzの一定周波数)と
進相コンデンサ(例えば500Hzの一定周波数)と
の間で電力変換を行うもので、当該進相コンデン
サに印加される電圧値がほぼ一定になるように前
記交流電源から供給される電流を制御している。
このとき、該電源からの供給電流が電源電圧と同
相の正弦波になるように制御することにより、入
力力率が常に1となり、高調波成分の少ない電流
とすることができる。(Function) In other words, a non-circulating current type cycloconverter converts power between an AC power supply (constant frequency of 50Hz or 60Hz) and a phase advance capacitor (constant frequency of 500Hz, for example). The current supplied from the AC power supply is controlled so that the applied voltage value is approximately constant.
At this time, by controlling the current supplied from the power source to be a sine wave in phase with the power source voltage, the input power factor is always 1, and the current can have few harmonic components.
また、循環電流式サイクロコンバータは前記進
相コンデンサと交流電動機との間で電力変換を行
うもので、進相コンデンサの周波数500Hzに対し
て、交流電動機の電機子巻線には、0〜500Hz程
度の周波数の正弦波電流を供給することができ
る。 In addition, the circulating current type cycloconverter converts power between the phase advance capacitor and the AC motor, and the frequency of the phase advance capacitor is 500Hz, while the AC motor's armature winding has a frequency of about 0 to 500Hz. can supply a sinusoidal current with a frequency of .
このとき、進相コンデンサは2台のサイクロコ
ンバータに対して進み無効電力源となるもので、
その周波数(上記500Hz)は2台のサイクロコン
バータの遅れ無効電力と上記進相コンデンサの進
み無効電力とが等しくなるように決定される。逆
に言えば、外部の正弦波発振器(周波数500Hz)
によりコンバータの位相制御基準信号を与えるこ
とにより、当該発振器の周波数及び位相に、前記
進相コンデンサ電圧の周波数及び位相が一致する
ように循環電流式サイクロコンバータの循環電流
が流れる。 At this time, the phase advance capacitor becomes a reactive power source for the two cycloconverters,
The frequency (500 Hz) is determined so that the lagging reactive power of the two cycloconverters and the leading reactive power of the phase advance capacitor are equal. Conversely, an external sine wave oscillator (frequency 500Hz)
By providing a phase control reference signal for the converter, a circulating current of the circulating current type cycloconverter flows such that the frequency and phase of the phase advance capacitor voltage match the frequency and phase of the oscillator.
このようにして確立した進相コンデンサ電圧に
より両サイクロコンバータは自然転流動作だけで
電力変換を行うことができ、しかも、交流電源の
周波数50Hz(又は60Hz)に対して、交流電動機に
は0〜数百Hzの正弦波電流を供給することができ
る。 With the phase advance capacitor voltage established in this way, both cycloconverters can perform power conversion with only natural commutation operation.Moreover, with respect to the AC power frequency of 50Hz (or 60Hz), the AC motor is It can supply sinusoidal current of several hundred Hz.
(実施例)
第1図は、本発明の交流電動機駆動装置の実施
例を示す構成図である。(Embodiment) FIG. 1 is a configuration diagram showing an embodiment of an AC motor drive device of the present invention.
図中、R,S,Tは3相交流電源の受電端子、
MWRは電源トランス、CC−1は非循環電流式
サイクロコンバータ、CAPは△結線あるいは
結線された高周波3相進相コンデンサ、TRU,
TRV,TRWは絶縁トランス、CC−2は循環電流
式サイクロコンバータ、Mは交流電動機(3相か
ご形誘導電動機)である。 In the figure, R, S, and T are the receiving terminals of the 3-phase AC power supply,
MWR is a power transformer, CC-1 is a non-circulating current type cycloconverter, CAP is a △ wired or wired high frequency three-phase phase advance capacitor, TR U ,
TR V and TR W are isolation transformers, CC-2 is a circulating current type cycloconverter, and M is an AC motor (three-phase squirrel cage induction motor).
非循環電流式サイクロコンバータCC−1は、
R相,S相,T相毎に構成され、各々の出力端子
は交流リアクトルLSR,LSS,LSTを介して、電源
トランスMTRに接続されている。 The non-circulating current type cycloconverter CC-1 is
It is configured for each R phase, S phase, and T phase, and each output terminal is connected to a power transformer MTR via AC reactors L SR , L SS , and L ST .
R相のサイクロコンバータは正群コンバータ
SPR、負群コンバータSNRで構成されている。
同様に、S相のサイクロコンバータは正群コンバ
ータSPS、負群コンバータSNSで、またT相の
サイクロコンバータは正群コンバータSPTと負
群コンバータSNTで構成されている。 The R-phase cycloconverter is a positive group converter.
It consists of SPR and negative group converter SNR.
Similarly, the S-phase cycloconverter includes a positive group converter SPS and a negative group converter SNS, and the T-phase cycloconverter includes a positive group converter SPT and a negative group converter SNT.
また、循環電流式サイクロコンバータCC−2
はU相、V相、W相毎に構成され、各々の出力端
子は交流電動機Mの電機子巻線に接続されてい
る。 In addition, circulating current type cycloconverter CC-2
is configured for each U phase, V phase, and W phase, and each output terminal is connected to the armature winding of the AC motor M.
U相サイクロコンバータは正群コンバータ
SPU、負群コンバータSNUおよび直流リアクト
ルLpu1,Lpu2から構成され、当該2つのコンバー
タSPU,SNUは絶縁トランスTRuにより入力側
で絶縁されている。 The U-phase cycloconverter is a positive group converter.
It is composed of an SPU, a negative group converter SNU, and DC reactors L pu1 and L pu2 , and the two converters SPU and SNU are isolated on the input side by an isolation transformer TR u .
同様にV相サイクロコンバータは正群コンバー
タSPV、負群コンバータSNV及び直流リアクト
ルLOV1,LOV2で構成され、またW相サイクロコン
バータは正群コンバータSPW、負群コンバータ
SNW及び直流リアクトルLOW1,LOW2で構成され、
各々のコンバータは絶縁トランスTRV,TRWに
より、入力側で絶縁されている。 Similarly, the V-phase cycloconverter consists of a positive group converter SPV, a negative group converter SNV, and DC reactors L OV1 and L OV2 , and the W-phase cycloconverter consists of a positive group converter SPW, a negative group converter
Consists of SNW and DC reactors L OW1 and L OW2 ,
Each converter is isolated on the input side by isolation transformers TR V and TR W.
CC−1及びCC−2の入力側端子は前記高周波
進相コンデンサCAPに接続されている。 The input side terminals of CC-1 and CC-2 are connected to the high frequency phase advancing capacitor CAP.
また、制御回路として電動機に直結された回転
パルス発生器PG、電流検出用変流器CTR,CTS,
CTT,CTU,CTV,CTW、電圧検出用変成器
PTS,PTCAP、整流回路D、電圧制御回路AVR、
速度制御回路SPC、電流制御回路ACR1,ACR2、
位相制御回路PHC1,PHC2が用意されている。 In addition, as a control circuit, there is a rotating pulse generator PG directly connected to the motor, current detection current transformers CTR , CTS ,
CT T , CT U , CT V , CT W , voltage detection transformer
PT S , PT CAP , rectifier circuit D, voltage control circuit AVR,
Speed control circuit SPC, current control circuit ACR 1 , ACR 2 ,
Phase control circuits PHC 1 and PHC 2 are provided.
非循環電流式サイクロコンバータCC−1は高
周波進相コンデンサCAPに印加される3相交流
電圧Va,Vb,Vcの波高値Vcapがほぼ一定になる
ように、3相交流電源から供給される電流IR,IS,
ITを制御する。 The non-circulating current type cycloconverter CC-1 is supplied from a three-phase AC power supply so that the peak value V cap of the three-phase AC voltages V a , V b , and V c applied to the high-frequency phase advance capacitor CAP is almost constant. Currents I R , I S ,
Control IT .
また、循環電流式サイクロコンバータCC−2
は、前記高周波進相コンデンサCAPを3相電圧
源とし、誘導電動機Mに可変電圧可変周波数の3
相交流電力を供給する。それと同時にCC−2に
流れる循環電流は、前記進相コンデンサCAPに
印加される電圧の周波数と位相を外部から与えら
れた3相基準電圧の周波数と位相に一致させるよ
うに自動的に調整される。 In addition, circulating current type cycloconverter CC-2
In this example, the high-frequency phase advancing capacitor CAP is used as a three-phase voltage source, and the induction motor M is provided with a variable voltage and variable frequency three-phase voltage source.
Provides phase alternating current power. At the same time, the circulating current flowing through CC-2 is automatically adjusted so that the frequency and phase of the voltage applied to the phase advance capacitor CAP match the frequency and phase of the externally applied three-phase reference voltage. .
以下、その詳細な動作説明を行う。 The detailed operation will be explained below.
まず、進相コンデンサCAPの電圧Va,Vb,Vc
を確立させるための起動動作を説明する。 First, the voltages of the phase advance capacitors CAP are V a , V b , V c
The startup operation for establishing this will be explained.
3相交流電源のR,S,T相の電圧は次式のよ
うに表わせる。ただし、Vsnは電圧波高値、ωs=
2πfsは電源角周波数とする。 The voltages of the R, S, and T phases of a three-phase AC power supply can be expressed as follows. However, V sn is the voltage peak value, ω s =
2πf s is the power source angular frequency.
VR=Vsn・sin(ωst) …(1)
VS=Vsn・sin(ωst−2π/3) …(2)
VT=Vsn・sin(ωst+2π/3) …(3)
当該電源の周波数fsに対して、サイクロコンバ
ータCC−1の入力側(進相コンデンサ側)の周
波数fcapが十分高いものとすれば、ある微少時間
の間、上電源電圧VR,VS,VTを直流電圧に置き
換えることができる。V R =V sn・sin(ω s t) …(1) V S =V sn・sin(ω s t−2π/3) …(2) V T =V sn・sin(ω s t+2π/3) ...(3) If the frequency f cap on the input side (phase advance capacitor side) of the cycloconverter CC-1 is sufficiently high with respect to the frequency f s of the power supply, the upper power supply voltage V R , V S and V T can be replaced with DC voltages.
第2図はR相サイクロコンバータの正群コンバ
ータSPRを介して進相コンデンサCAPに充電さ
れる様子を表わしたもので、サイリスタS2とS4に
点弧パルスが与えられた場合を示す。 FIG. 2 shows how the phase advance capacitor CAP is charged through the positive group converter SPR of the R-phase cycloconverter, and shows the case where firing pulses are applied to the thyristors S 2 and S 4 .
充電電流IRは1つのルートとしてVR +→LSR→S4
→Cab→S2→VR -の経路を流れ、もう1つのルー
トとしてはVR +→LSR→S4→Cca→Cbc→S2→VR -の
経路を流れる。この結果、進相コンデンサCbaに
は電圧Vca=+VRが印加され、進相コンデンサ
Cbcには電圧Vbc=−(1/2)VRが、またCcaには電
圧Vca=−(1/2)VRが各々印加される。 The charging current I R is expressed as one route V R + →L SR →S 4
→C ab →S 2 →V R - , and the other route is V R + →L SR →S 4 →C ca →C bc →S 2 →V R - . As a result, the voltage V ca = +V R is applied to the phase advance capacitor C ba , and the phase advance capacitor
A voltage V bc =-(1/2) V R is applied to C bc , and a voltage V ca =-(1/2) V R is applied to C ca.
次にサイリスタS3に点弧パルスが与えられる
と、サイリスタS2にはコンデンサCbcの電圧が印
加され、S2はターンオフする。この結果、Vab=
+(1/2)VR、Vbc=+(1/2)VR、Vca=−VRに充
電される。 Next, when a firing pulse is given to thyristor S 3 , the voltage of capacitor C bc is applied to thyristor S 2 , and S 2 is turned off. As a result, V ab =
Charged to +(1/2)V R , V bc = +(1/2)V R , V ca = −V R .
その次にサイリスタS5に点弧パルスが与えら
れ、サイリスタS4がターンオフし、Vab=−(1/
2)VR、Vbc=+VR、Vca=−(1/2)VRに充電さ
れる。 A firing pulse is then given to thyristor S 5 , turning off thyristor S 4 and V ab =-(1/
2) Charged to V R , V bc = +V R , V ca = -(1/2) V R .
第3図は第2図のサイリスタS1〜S6の点弧モー
ドとコンデンサCabの印加電圧Va-b及び相電圧Va
の基板波との関係を示す。 Figure 3 shows the firing modes of thyristors S 1 to S 6 in Figure 2, the applied voltage V ab of capacitor C ab , and the phase voltage V a
shows the relationship with the substrate wave.
電圧Va-bはリアクトルLSRを介し充電されるた
め、破線の如く除々に立上る。その時間を2δとし
た場合、Va-bの基本波成分はδだけ遅れる。相
電圧Vaは線間電圧Va-bに対して(π/6)ラジ
アンだけ位相が遅れる。 Since the voltage Vab is charged via the reactor LSR , it gradually rises as shown by the broken line. If that time is 2δ, the fundamental wave component of V ab is delayed by δ. The phase of the phase voltage V a lags the line voltage V ab by (π/6) radians.
点弧モードと相電圧Vaを比較するとわかるよ
うにコンバータSNRの起動時の位相制御角αPRは
αPR=π−δ(ラジアン) …(4)
となつている。δはあまり大きくないので、近似
的にはαPR≒180゜で運転されていることになる。 As can be seen by comparing the ignition mode and the phase voltage V a , the phase control angle α PR at the time of starting the converter SNR is α PR = π−δ (radians) (4). Since δ is not very large, approximately it is operated at α PR ≒180°.
このときのコンバータSPRの出力電圧VPRは
VPR=k・Vcap・cosαPR<0 …(5)
となつて電源圧VRとつり合つている。ただし、
wは比例定数、Vcapはコンデンサの相電圧波高値
とする。 At this time, the output voltage V PR of the converter SPR is V PR =k·V cap ·cosα PR <0 (5) and is balanced with the power supply voltage V R . however,
w is a proportional constant, and V cap is the phase voltage peak value of the capacitor.
しかしこのままでは進相コンデンサCAPには、
当該電源電圧VR以上の電圧は充電されない。 However, if this continues, the phase advance capacitor CAP will
A voltage higher than the power supply voltage V R is not charged.
そこで、点弧位相角αPRを90゜の方向に少しずら
してやる。すると、(5)式で示される出力電圧VPR
が減少し、VR>−VPRとなる。この結果、充電電
流IRが増大し、コンデンサ電圧Vcapを増大させ、
VR=−VPRとなつて落ち着く。このとき、IRは零
となつている。さらにVcapを増加させたいとき
は、位相角αPRをさらに90゜の方向にずらし、出力
電圧VPRを減少させることにより達成できる。αPR
=90゜ではVPR=OVとなり、理論的には電源電圧
VRがごくわずかな値でもコンデンサ電圧Vcapを
大きな値に充電することができる。しかし、実際
には回路損失があるため、その分の電力供給は必
要不可欠なものとなる。 Therefore, the ignition phase angle α PR is slightly shifted in the direction of 90°. Then, the output voltage V PR shown by equation (5)
decreases, and V R > -V PR . As a result, the charging current I R increases, increasing the capacitor voltage V cap ,
It settles down to V R = -V PR . At this time, I R is zero. If it is desired to further increase V cap , this can be achieved by further shifting the phase angle α PR in the direction of 90° and decreasing the output voltage V PR . α PR
= 90°, V PR = O V , and theoretically the power supply voltage
Even if V R has a very small value, the capacitor voltage V cap can be charged to a large value. However, since there is actually circuit loss, it is essential to supply power for that amount.
電源電圧VRが変動する場合には上記位相角αPR
をそれに応じて変えてやれば、コンデンサ電圧
Vcapをほぼ一定値に保つことができる。 If the power supply voltage V R fluctuates, the above phase angle α PR
By changing the capacitor voltage accordingly,
V cap can be kept almost constant.
以上は電源電圧VRが正の場合を例にとつて説
明したが、VRが負の値になつたときには、負群
コンバータSNRを通じてコンデンサCAPを充電
することができる。 The above description has been made taking the case where the power supply voltage V R is positive as an example, but when V R becomes a negative value, the capacitor CAP can be charged through the negative group converter SNR.
また、R,S,T相を同時に運転した場合に
は、動作がやや複雑になるが、同様に進相コンデ
ンサCAPを充電することが可能である。 Furthermore, when the R, S, and T phases are operated simultaneously, the phase advance capacitor CAP can be charged in the same way, although the operation becomes somewhat complicated.
次に、このようにして確立された進相コンデン
サCAPの電圧Va,Vb,Vcが、第1図の位相制御
回路PHC1,PHC2に与えられる3相基準電圧ea,
eb,ecの周波数と位相に一致することを説明す
る。 Next, the voltages V a , V b , V c of the phase advancing capacitors CAP established in this way are applied to the three-phase reference voltages e a , V a , V c applied to the phase control circuits PHC 1 , PHC 2 in FIG.
Explain that the frequencies and phases of e b and e c match.
第4図はR相サイクロコンバータの正群コンバ
ータSPRと進相コンデンサCAP及び循環電流式
サイクロコンバータCC−2のU相分を示した等
価回路図である。ただし、絶縁トランスTRUは
省いている。 FIG. 4 is an equivalent circuit diagram showing the positive group converter SPR of the R-phase cycloconverter, the phase advance capacitor CAP, and the U-phase component of the circulating current type cycloconverter CC-2. However, the isolation transformer TR U is omitted.
非循環電流式サイクロコンバータCC−1の位
相制御回路PHC1及び循環電流式サイクロコンバ
ータCC−2の位相制御回路PHC2はともに外部か
らの3相基準電圧ea,eb,ecによつて位相制御さ
れる。 The phase control circuit PHC 1 of the non-circulating current type cycloconverter CC-1 and the phase control circuit PHC 2 of the circulating current type cycloconverter CC-2 are both controlled by external three-phase reference voltages e a , e b , e c Phase controlled.
非循環電流式サイクロコンバータCC−1は進
相コンデンサCAPに印加される電圧Va,Vb,Vc
の波高値Vcapがほぼ一定になるように制御してい
る。 The non-circulating current type cycloconverter CC-1 has voltages V a , V b , V c applied to the phase advance capacitor CAP.
The peak value V cap is controlled to be approximately constant.
これに対し循環電流式サイクロコンバータCC
−2は、交流電動機Mに電流IU,IV,IWを供給す
ると同時に、前記進相コンデンサCAPに印加さ
れた電圧Va,Vb,Vcの周波数と位相が前記位相
制御回路PHC1,PHC2へ入力される3相基準電
圧ea,eb,ecの周波数と位相に一致するようにCC
−2の循環電流を調整する。ここではU相のサイ
クロコンバータを例にとつて動作説明を行う。 On the other hand, circulating current type cycloconverter CC
-2, when supplying currents I U , I V , I W to the AC motor M, the frequencies and phases of the voltages V a , V b , V c applied to the phase advance capacitor CAP are controlled by the phase control circuit PHC. 1 , CC is set to match the frequency and phase of the three-phase reference voltage e a , e b , e c input to PHC 2 .
-Adjust the circulating current of -2. Here, the operation will be explained using a U-phase cycloconverter as an example.
U相の正群コンバータSPUの出力電圧VPUと負
群コンバータSNUの出力電圧VNUは直流リアク
トルLOU1,LOU2の中間タツプ点で等しくつり合つ
ている。当該出力電圧VPU,VNUは各々のコンバ
ータの制御位相角をαPU,αNUとした場合、次式の
ようになる。 The output voltage V PU of the U-phase positive group converter SPU and the output voltage V NU of the negative group converter SNU are equally balanced at the intermediate tap point between the DC reactors L OU1 and L OU2 . The output voltages V PU and V NU are expressed by the following equations when the control phase angles of the respective converters are α PU and α NU .
VPU=k・Vcap・cosαPU …(6)
VNU=−k・Vcap・cosαNU …(7)
ただし、Kは比例定数、Vcapは進相コンデンサ
CAPに印加される電圧の波高値である。 V PU =k・V cap・cosα PU …(6) V NU =−k・V cap・cosα NU …(7) However, K is a proportionality constant, and V cap is a phase advance capacitor.
This is the peak value of the voltage applied to CAP.
従つて、当該制御位相角αPU,αNUの間には、次
の関係式が成り立つ。 Therefore, the following relational expression holds between the control phase angles α PU and α NU .
αNU=180゜−αPU …(8)
第5図はαPU=45゜、αNU=180゜−45゜=135゜とし
て3相基準電圧ea,eb,ecに対する正群及び負群
コンバータの点弧モードを示したものである。 α NU = 180 ° − α PU … ( 8 ) Figure 5 shows the positive group and The firing mode of the negative group converter is shown.
仮に、進相コンデンサCAPに印加された電圧
の周波数が低下し、破線の如くVa′,Vb′,Vc′
となつた場合を考える。 If the frequency of the voltage applied to the phase advance capacitor CAP decreases, V a ′, V b ′, V c ′ as shown by the broken line
Consider the case where
各コンバータの点弧パルスは信号ea,eb,ecを
基準にして決定されるため、当該基準圧ea,eb,
ecに対する位相は変わらない。 Since the ignition pulse of each converter is determined based on the signals e a , e b , e c , the reference pressures e a , e b ,
e The phase with respect to c does not change.
しかし、実際の進相コンデンサCAPに印加さ
れた電圧Va′,Vb′,Vc′に対する制御位相角
αPU′,αNU′は変化し、αPU′<αPU、αNU′<αNU
とな
る。 However, the control phase angles α PU ′, α NU ′ with respect to the voltages V a ′, V b ′, V c ′ applied to the actual phase advance capacitor CAP change, and α PU ′<α PU , α NU ′ < α NU
becomes.
この結果、(6)式で示される正群コンバータ
SPUの出力電圧VPUは増大し、また(7)で示される
負群コンバータSPUの出力電圧VNUは減少する。
従つてU相サイクロコンバータの循環電流が増大
し、当該入力側(進相コンデンサ側)の遅れ無効
電力を増加させる。 As a result, the positive group converter shown by equation (6)
The output voltage V PU of the SPU increases, and the output voltage V NU of the negative group converter SPU shown in (7) decreases.
Therefore, the circulating current of the U-phase cycloconverter increases, increasing the delayed reactive power on the input side (phase advance capacitor side).
第6図はサイクロコンバータの入力側の1相分
の等価回路を表わしたもので、サイクロコンバー
タCC−1及びCC−2は遅れ電流をとる可変イン
ダクタンスLccに置き換えられる。この回路の共
振周波数fcapは次式のように与えられる。 FIG. 6 shows an equivalent circuit for one phase on the input side of the cycloconverter, in which cycloconverters CC-1 and CC-2 are replaced with a variable inductance Lcc that takes a delayed current. The resonant frequency f cap of this circuit is given by the following equation.
fcap=1/(2π√cc・cap) …(9)
循環電流が増大することは、等価インダクタン
スLccが減少することに等しく、上記周波数fcapは
増大し、Va′,Vb′,Vc′の周波数fcapは基準電圧
ea,eb,ecの周波数fccに近ずく。 f cap = 1/(2π√ cc・cap ) …(9) An increase in the circulating current is equivalent to a decrease in the equivalent inductance L cc , and the above frequency f cap increases, and V a ′, V b ′ , the frequency f cap of V c ′ is the reference voltage
The frequency of e a , e b , e c approaches f cc .
同様にfcap>fcとなつた場合には、循環電流が
減少し、Lccが大きくなつてやはりfcap=fcとなつ
て落ち着く。 Similarly, when f cap >f c , the circulating current decreases, L cc increases, and f cap =f c , which settles down.
進相コンデンサCAPの電圧の位相が基準電圧
の位相より遅れた場合には、上記fcap<fcとなつ
たときと同様に循環電流が増加し、fcapを高めて
進相コンデンサCAPの電圧位相を進める。 When the phase of the voltage of the phase advance capacitor CAP lags behind the phase of the reference voltage, the circulating current increases in the same way as when f cap < f c above, increasing f cap and increasing the voltage of the phase advance capacitor CAP. Advance the phase.
逆に進相コンデンサCAPの電圧位相が基準電
圧より進んだ場合には上記fcap>fcとなつたとき
と同様に循環電流が減少し、進相コンデンサ
CAPの電圧位相を遅らせる。このようにして進
相コンデンサCAPの電圧Va,Vb,Vcは基準電圧
ea,eb,ecと同一周波数、同位相となるように循
環電流の大きさが自動的に調整されることにな
る。 Conversely, when the voltage phase of the phase advance capacitor CAP leads the reference voltage, the circulating current decreases in the same way as when f cap > f c above, and the phase advance capacitor CAP
Delays the voltage phase of CAP. In this way, the voltages V a , V b , V c of the phase advance capacitor CAP are set to the reference voltage
The magnitude of the circulating current is automatically adjusted so that it has the same frequency and phase as e a , e b , and e c .
基準電圧を ea=sin(ωc・t) …(10) eb=sin(ωc・t−2π/3) …(11) ec=sin(ωc・t+2π/3) …(12) とした場合、進相コンデンサCAPの電圧は Va=Vcap・sin(ωc・t) …(13) Vb=Vcap・sin(ωc・t−2π/3) …(14) Vc=Vcap・sin(ωc・t+2π/3) …(15) ただし、ωc=2πfcとなる。 Let the reference voltage be e a = sin (ω c・t) …(10) e b = sin (ω c・t−2π/3) …(11) e c = sin (ω c・t+2π/3) …(12 ), the voltage of the phase advance capacitor CAP is V a = V cap・sin (ω c・t) … (13) V b = V cap・sin (ω c・t−2π/3) … (14) V c =V cap・sin(ω c・t+2π/3) (15) However, ω c =2πf c .
次に第1図にもどつて、上記進相コンデンサ
CAPの電圧波高値Vcapを一定に制御する動作説
明を行う。 Next, returning to Figure 1, the above phase advance capacitor
The operation of controlling the voltage peak value V cap of CAP to be constant will be explained.
第7図は第1図のサイクロコンバータCC−1
の制御回路を詳しく表わしたもので、第1図の制
御回路と対応させると次のようになる。 Figure 7 shows the cycloconverter CC-1 shown in Figure 1.
This is a detailed representation of the control circuit shown in FIG.
まず、第1図の電圧制御回路AVRは第7図の
電圧設定器VR、比較器CC及び電圧制御補償回路
Gc(S)からなる。 First, the voltage control circuit AVR in Figure 1 is the voltage setter VR, comparator CC , and voltage control compensation circuit in Figure 7.
Consists of G c (S).
また、次の電流制御回路ACR1及び位相制御回
路PHC1はR,S,T相毎に構成され、第7図の
R相制御回路R−CONT、S相制御回路S−
CONT、T相制御回路T−CONTからなる。 Further, the following current control circuit ACR 1 and phase control circuit PHC 1 are configured for each of the R, S, and T phases, and the R-phase control circuit R-CONT and the S-phase control circuit S- in FIG.
CONT and T-phase control circuit T-CONT.
R相制御回路R−CONTは乗算器MLR、比較
器CR、電流制御補償回路GR(S)、反転回路
INVR、位相制御回路PHPR,PHNR、アナログス
イツチASPR,ASNR、シユミツト回路SHR、モ
ノマルチ回路MMR、論理回路LCRとで構成され
ている。 The R-phase control circuit R-CONT includes a multiplier M R , a comparator C R , a current control compensation circuit G R (S), and an inverting circuit
It is composed of INV R , phase control circuits PHP R , PHNR , analog switches ASPR , ASN R , Schmitt circuit S R , monomulti circuit M R , and logic circuit LCR .
S相及びT相の制御回路も同様に構成されてい
る。 The S-phase and T-phase control circuits are similarly configured.
第7図の基準電圧発生器Oscは、第1図のそれ
に対応する。 The reference voltage generator O sc in FIG. 7 corresponds to that in FIG.
まず、進相コンデンサCAPの電圧を変成器
PTcapで検出し、当該3相電圧を整流器Dによつ
て整流する。これによつて、進相コンデンサ
CAPの電圧波高値Vcapが検出され、比較器CCに
入力される。 First, transform the voltage of the phase advance capacitor CAP to
The three-phase voltage is detected by the PT cap and rectified by the rectifier D. This allows the phase advance capacitor to
The voltage peak value V cap of CAP is detected and input to the comparator CC .
また、電圧設定器VRから電圧指令値Vcap *を出
力し、比較器CCによつて上記検出値Vcapと比較す
る。当該偏差εc=Vcap *−Vcapは、次の電圧制御
補償回路Gc(S)に入力され、積分あるいは比例
増幅される。ここでは説明を簡単にするため、
Gc(S)=Kcとして比例増幅だけとする。制段補
償回路Gc(S)の出力snは電源から供給される
電流R、S、Tの波高値指令となるもので、
R、S、T相の各制御回路の乗算器MLR〜MLS
に入力される。 Further, a voltage command value V cap * is output from the voltage setting device VR, and is compared with the detected value V cap by a comparator CC . The deviation ε c =V cap * −V cap is input to the next voltage control compensation circuit G c (S), where it is integrated or proportionally amplified. To simplify the explanation here,
Assume that only proportional amplification is performed, with G c (S) = K c . The output sn of the step compensation circuit Gc (S) serves as the peak value command of the currents R , S , and T supplied from the power supply.
Multipliers for R, S, and T phase control circuits ML R ~ ML S
is input.
一方、電源電圧VR,VS,VTを変成器PTsによ
つて検出し、当該波高値Vsnの逆数倍することに
よつて次の3相単位正弦波φR,φS,φTを求める。 On the other hand, the power supply voltages V R , V S , V T are detected by the transformer PT s and multiplied by the reciprocal of the peak value V sn to generate the next three-phase unit sine waves φ R , φ S , Find φT .
φR=(VR/Vsn)=sin(ωs・t) …(16)
φS=(VS/Vsn)=sin(ωs・t−2π/3) …(17)
φT=(VT/Vsn)=sin(ωs・t+2π/3) …(18)
この3相単位正弦波φR,φS,φTを上記乗算器
MLR,MLS,MLTに入力し、前記波高値Isnと掛
け算を行う。その結果が電源から供給される電流
の指令値IR *,IS *,IT *となる。 φ R = (V R / V sn ) = sin (ω s・ t) ... (16) φ S = (V S / V sn ) = sin (ω s・ t - 2π / 3) ... (17) φ T =(V T /V sn )=sin(ω s・t+2π/3) …(18) These three-phase unit sine waves φ R , φ S , φ T are applied to the above multiplier.
It is input to ML R , ML S , and ML T and multiplied by the peak value I sn . The results are the command values I R * , IS * , and IT * of the current supplied from the power source.
IR *=Isn・sin(ωs・t) …(19) IS *=Isn・sin(ωs・t−2π/3) …(20) IT *=Isn・sin(ωs・t+2π/3) …(21) R相の電流IRは次のように制御される。I R * = I sn・sin (ω s・t) … (19) I S * = I sn・sin (ω s・t−2π/3) … (20) I T * = I sn・sin (ω s ·t+2π/3) (21) The R-phase current I R is controlled as follows.
変成器CTRによりR相電流IRを検出し、比較器
CRに入力する。比較器CRによつて上記指令値にIR
*と検出値IRを比較し、偏差εR=IR *−IRを求める。
当該偏差εRを電流制御補償回路GR(S)に入力
し、比例増幅を行う。その比例定数KRとすると、
補償回路GR(S)の出力信号KR,εRは1つはその
ままV〓PR=KR/εRとして正群コンバータSPRの
位相制御回路PHCRに入力され、もう1つは反転
回路INVRを介してV〓NR=−KR・εRとして負群コ
ンバータSNRの位相制御回路PHNRに入力され
る。 The R phase current I R is detected by the transformer CT R , and the comparator
Enter C R. The comparator C R converts the above command value to the I R
* and the detected value I R to find the deviation ε R = I R * − I R.
The deviation ε R is input to the current control compensation circuit G R (S), and proportional amplification is performed. Assuming that the constant of proportionality is K R ,
One of the output signals K R and ε R of the compensation circuit G R (S) is input as V〓 PR = K R /ε R to the phase control circuit PHC R of the positive group converter SPR, and the other is input to the phase control circuit PHC R of the positive group converter SPR. It is input to the phase control circuit PHN R of the negative group converter SNR via INV R as V〓 NR =-K R ·ε R.
位相制御回路PHDR〜PHNRは公知の手法によ
るもので、3相基準電圧発生器Oscからの出力信
号ea,eb,ecと前記位相制御入力電圧V〓PR,V〓NR
を比較し、その交差点から点弧パルス信号を得
る。 The phase control circuits PHD R to PHNR are based on a known method, and output signals e a , e b , e c from the three-phase reference voltage generator Osc and the phase control input voltages V〓 PR , V〓 NR
The ignition pulse signal is obtained from the intersection point.
すなわち、位相制御回路PHPRに位相制御入力
電圧V〓PRを入力すると、制御位相角αPRは、
αPR=cos-1{K〓・V〓PR} …(22)
となる。ただし、K〓は比例定数である。 That is, when the phase control input voltage V〓 PR is input to the phase control circuit PHP R , the control phase angle α PR becomes α PR = cos -1 {K〓·V〓 PR } (22). However, K〓 is a proportionality constant.
これを書きなおすと、 cosαPR=k〓・V〓PR …(23) の関係がある。コンバータSPRの出力電圧VPRは VPR=k・Vcap・cosαPR の関係があり、VPR∝V〓PRとなる。 Rewriting this, we have the following relationship: cosα PR = k〓・V〓 PR …(23). The output voltage V PR of the converter SPR has the relationship V PR =k・V cap・cosα PR , and V PR ∝V〓 PR .
負群コンバータSNRも同様にVNR VαNRの関
係がある。 Similarly, the negative group converter SNR has the relationship V NR Vα NR .
一方、前記R相電流指令値IR *はシユミツト回
路SHRに入力され、そのゼロクロス点で立上る矩
形波信号SG1に変換される。 On the other hand, the R-phase current command value I R * is input to the Schmitt circuit S R and is converted into a rectangular wave signal SG 1 that rises at its zero-crossing point.
当該矩形波信号SG1はモノマルチ回路MMRに
入力され、信号SG1の立上り及び立下りで時間T1
だけ“1”となるパルス信号SG2を作る。 The rectangular wave signal SG 1 is input to the mono multi-circuit MM R , and the time T 1 at the rise and fall of the signal SG 1
Create a pulse signal SG 2 that becomes "1" only when
次の論理回路LCRは上記信号SG1とSG2を使つ
て次の論理積出力SG3,SG4を与える。 The next logic circuit LCR uses the signals SG 1 and SG 2 to provide the next AND outputs SG 3 and SG 4 .
SG3=SG1・2 …(24) SG4=1・SG2 …(25) 以上の関係を第8図に示す。 SG 3 = SG 1・2 … (24) SG 4 = 1・SG 2 … (25) The above relationships are shown in Figure 8.
信号SG3が“1”のとき、第7図のアナログス
イツチASPRをオンし、ゲート信号を正群コンバ
ータSPRに与える。 When the signal SG3 is "1", the analog switch ASPR shown in FIG. 7 is turned on and a gate signal is given to the positive group converter SPR.
また、信号SG4が“1”のとき、第7図のアナ
ログスイツチASNRをオンし、ゲート信号を負群
コンバータSNRに与える。 Further, when the signal SG 4 is "1", the analog switch ASN R shown in FIG. 7 is turned on and a gate signal is given to the negative group converter SNR.
従つて、R相電流指令IR *が正の値のときは、
正群コンバータSPRが動作し、負群コンバータ
SNRは休止する。逆にIR *が負の値のときは負群
コンバータSNRが動作し、正群コンバータSPR
は休止する。また、IR *が正から負に、あるいは
負から正に変るときは時間T1の間両コンバータ
共に休止し、循環電流が流れないようにしてい
る。 Therefore, when the R phase current command I R * is a positive value,
Positive group converter SPR operates, negative group converter
SNR is paused. Conversely, when I R * is a negative value, the negative group converter SNR operates, and the positive group converter SPR operates.
pauses. Furthermore, when I R * changes from positive to negative or from negative to positive, both converters are stopped for a time T 1 to prevent circulating current from flowing.
IR *>0の場合を例にとつて説明する。 The case where I R * >0 will be explained as an example.
R相電流指令IR *が実電流IRより大きくなつた
場合、εR=IR *−IRは正の値となり、制御補償回路
GR(S)を介して位相制御入力信号V〓PRを増加さ
せる。故に正群コンバータSPRの出力電圧VPRが
増大し、R相電流IRを増加させ、IR≒IR *となるよ
うに制御される。 When the R-phase current command I R * becomes larger than the actual current I R , ε R = I R * − I R becomes a positive value, and the control compensation circuit
Increase the phase control input signal V〓 PR via G R (S). Therefore, the output voltage V PR of the positive group converter SPR increases, the R-phase current I R is increased, and the control is performed so that I R ≈I R * .
逆にIR *<IR *となつた場合、偏差εRは負の値と
なり、制御補償回路GR(S)を介してV〓PRを減少
させる。故にSPRの出力電圧VPRが減少し、R相
電流IRを減らす。やはり、IR≒IR *となつて落ち着
く。 Conversely, when I R * < I R * , the deviation ε R becomes a negative value, and V〓 PR is decreased via the control compensation circuit G R (S). Therefore, the SPR output voltage V PR decreases, reducing the R phase current I R. As expected, it settles down to I R ≒ I R * .
このようにR相電流IRはその指令値IR *に従つ
て正弦波状に制御される。 In this way, the R-phase current I R is controlled sinusoidally in accordance with its command value I R * .
IR *<0となつた場合には負群コンバータSNR
によつてやはり、IR≒IR *となるように制御され
る。 When I R * < 0, negative group converter SNR
Again, it is controlled so that I R ≒ I R * .
第8図の上記正群コンバータSPR及び負群コ
ンバータSNRの出力電流波形IPR,INRをそれぞれ
示す。電流IRが正から負のあるいは負から正に切
り換わるとき、両コンバータ共に動作を休止する
ため、休止期間T1が発生する。 Output current waveforms I PR and I NR of the positive group converter SPR and negative group converter SNR shown in FIG. 8 are shown, respectively. When the current I R switches from positive to negative or from negative to positive, both converters stop operating, so a rest period T 1 occurs.
S相及びT相の電流及びIS,ITも同様にして制
御される。 The S-phase and T-phase currents, I S and I T are also controlled in the same way.
さて、このようにR相、S相、T相の電流はそ
の指令値IR **,IS *,IT *に一致するように制御さ
れるが、当該指令値は電源電圧VR,VS,VTと同
相の正弦波になつている。 Now, in this way, the R-phase, S-phase, and T-phase currents are controlled to match the command values I R ** , I S * , I T * , but the command values are the power supply voltage V R , It is a sine wave that is in phase with V S and V T .
すなわち、入力力率は常に1で、高調波成分が
きわめて少ない運転が可能となるわけである。 In other words, the input power factor is always 1, and operation with very few harmonic components is possible.
次に進相コンデンサCAPの電圧波高値Vcapの
制御動作を説明する。 Next, the control operation of the voltage peak value V cap of the phase advancing capacitor CAP will be explained.
Vcap *>Vcapとなつた場合、偏差εC=Vcap *−
Vcapは正の値となり、電流波高値指令Isn=Kc,
εcも正の値となつて増加する。 When V cap * > V cap , the deviation ε C = V cap * −
V cap becomes a positive value, and the current peak value command I sn = K c ,
ε c also becomes a positive value and increases.
故に電源各相の入力電流IR,IS,ITも増大し、
次式で示される有効電力PSが電源から供給され
る。 Therefore, the input currents I R , I S , and I T of each phase of the power supply also increase,
Active power P S expressed by the following equation is supplied from the power source.
Ps=IR・VR+IS・VS+IT・VT
=3/2・Vsn・Isn …(26)
ただし、Vsnは電圧波高値、Isnは電流波高値と
する。P s = I R · V R + I S · V S + I T · V T = 3/2 · V sn · I sn ... (26) However, V sn is the voltage peak value, and I sn is the current peak value.
この結果、エネルギーPs・tが電源から進相コ
ンデンサCAPに供給され、(1/2)CcapVcap 2とし
て蓄えられる。故に電圧Vcapが増大し、最終的に
Vcap≒Vcap *となつて落ち着く。 As a result, energy P s ·t is supplied from the power supply to the phase advance capacitor CAP, and is stored as (1/2) C cap V cap 2 . Therefore, the voltage V cap increases and finally
It settles down as V cap ≒ V cap * .
逆にVcap *<Vcapとなつた場合、偏差εcは負の
値となり、電流波高値指令Isnも負の値となる。
故に、進相コンデンサCAPに蓄えられたエネル
ギー(1/2)CcapVcap 2がPs・tとなつて電源に回
生される。従つて、電圧Vcapが減少し、やはり
Vcap≒Vcap *となるように制御される。このとき
電源の各相の電流IR,IS,ITは各々電源電圧VR,
VS,VTに対して逆相の正弦波に制御され、やは
り、入力力率=1を保持することができる。 Conversely, when V cap * <V cap , the deviation ε c becomes a negative value, and the current peak value command I sn also becomes a negative value.
Therefore, the energy (1/2) C cap V cap 2 stored in the phase advancing capacitor CAP becomes P s ·t and is regenerated to the power supply. Therefore, the voltage V cap decreases and again
It is controlled so that V cap ≒ V cap * . At this time, the currents I R , I S , and I T of each phase of the power supply are respectively the power supply voltages V R ,
It is controlled to a sinusoidal wave having an opposite phase to V S and V T , and it is possible to maintain an input power factor of 1 as well.
以上のように、非循環電流サイクロコンバータ
CC−1は進相コンデンサCAPの電圧波高値Vcap
がその指令値Vcap *に一致するように電源から供
給される電流IR,IS,ITを制御するもので、当該
電流の指令値IR *,IS *,IT *を源電圧と同相(又は
逆相)の正弦波で与えることにより、入力力率を
常に1に保持することができる。 As mentioned above, the non-circulating current cycloconverter
CC-1 is the voltage peak value V cap of the phase advance capacitor CAP
It controls the currents I R , I S , I T supplied from the power supply so that the current command values I R * , I S * , I T * match the command values V cap * . By applying a sine wave that is in phase (or in opposite phase) to the voltage, the input power factor can always be maintained at 1.
また、このとき、進相コンデンサCAPの電圧
の周波数と位相が、外部発振器Oscによつて与え
られる3相基準電圧信号ea,eb,ecの周波数と位
相に一致するように循環電流循環電流式サイクロ
コンバータCC−2の調整されることは前に説明
した通りである。 Also, at this time, the circulating current is set so that the frequency and phase of the voltage of the phase advance capacitor CAP match the frequency and phase of the three-phase reference voltage signals e a , e b , e c given by the external oscillator Osc. The adjustment of the circulating current type cycloconverter CC-2 is as described above.
次に循環電流式サイクロコンバータCC−2に
よつて交流電動機へ供給する電流を制御する動作
説明を行う。 Next, the operation of controlling the current supplied to the AC motor by the circulating current type cycloconverter CC-2 will be explained.
第9図は第1図の循環電流式サイクロコンバー
タCC−2の制御回路の具体的実施例を示す構成
図である。第1図の制御回路と対応させると次の
ようになる。 FIG. 9 is a block diagram showing a specific embodiment of the control circuit of the circulating current type cycloconverter CC-2 shown in FIG. 1. Corresponding to the control circuit shown in FIG. 1, the result is as follows.
まず、第1図の速度制御回路SPCは第9図の比
較器CN、速度制御補償回路GN(S)、励磁電流設
定器EX、演算回路CAL1〜CAL3、3相正弦波パ
ターン発生器PTGから構成される。 First, the speed control circuit SPC shown in Fig. 1 includes the comparator C N shown in Fig. 9, the speed control compensation circuit G N (S), the excitation current setting device EX, the calculation circuits CAL 1 to CAL 3 , and the three-phase sine wave pattern generation. It consists of a PTG.
また、電流制御回路ACR2及び位相制御回路
PHC2は、U相、V相、W相毎に設けられ、各々
U相制御回路U−CONT、V相制御回路V−
CONT及びW相制御回路W−CONTとなつてい
る。 In addition, current control circuit ACR 2 and phase control circuit
PHC 2 is provided for each of the U-phase, V-phase, and W-phase, and is connected to the U-phase control circuit U-CONT and the V-phase control circuit V-, respectively.
CONT and W-phase control circuit W-CONT.
U相制御回路U−CONTは乗算器MLU、比較
器CU、電流制御補償回路GU(S)、反転回路INVU
及び位相制御回路PHPU,PHNUから構成されて
いる。当該位相制御回路PHPU及びPHNUは外部
発振器Oscからの3相基準電圧ea,eb,ecに基づい
て制御されることは前に述べた。 The U-phase control circuit U-CONT includes a multiplier M U , a comparator C U , a current control compensation circuit G U (S), and an inverting circuit INV U
and phase control circuits PHP U and PHNU . As mentioned above, the phase control circuits PHP U and PHNU are controlled based on the three-phase reference voltages ea , eb , and ec from the external oscillator Osc .
V相及びW相の制御回路V−CONT及びW−
CONTも同様に構成されいる。 V-phase and W-phase control circuits V-CONT and W-
CONT is similarly configured.
まず、U相電流IUの制御動作を説明する。 First, the control operation of the U-phase current IU will be explained.
乗算器MLUは、電流波高値指令ILnと単位正弦
波φu=sin{(ωr+ωsl *)・t+θr *}を掛け合わせ
てU相負荷電流の指令値IU *を与える。 Multiplier M U multiplies current peak value command I Ln by unit sine wave φ u =sin {(ω r +ω sl * )·t+θ r * } to provide command value I U * of U-phase load current.
変流器CTUによつてU相電流IUを検出し、比較
器CUに入力する。比較器CUは上記指令値IU *と検
出値IUを比較し、その偏差εU=IU *−IUを次の電流
制御補償回路GU(S)に与える。GU(S)は当該
偏差εUを比例増幅(倍率をKUとする)し、1つ
はそのまま正群コンバータSPUの位相制御回路
PHPUにV〓PU=Ku・εUとして与える。またもう1
つは反転回路INVUを介してV〓PU=Ku・εUとして
負群コンバータSNUの位相制御回路PHNUに与
える。 The U-phase current I U is detected by the current transformer CT U and inputted to the comparator C U. The comparator C U compares the command value I U * and the detected value I U and provides the deviation ε U = I U * − I U to the next current control compensation circuit G U (S). G U (S) proportionally amplifies the deviation ε U (the multiplication factor is K U ), and one is the phase control circuit of the positive group converter SPU.
Give PHP U as V〓 PU = K u・ε U. Yet another one
One is applied to the phase control circuit PHN U of the negative group converter SNU via the inverting circuit INV U as V〓 PU =K u ·ε U.
故に、正群及び負群コンバータの出力電圧VPU
及びVNUは次式のようになる。 Therefore, the output voltage of the positive group and negative group converters V PU
and V NU are as follows.
VPU=k・Vcap・cosαPU
=k′・Vcap・V〓PU
=k′・Vcap・KU・εU …(27)
VNU=k・Vcap・cosαNU
=k′・Vcap・V〓NU
=k′・Vcap・KU・εU=VPU …(28)
電動機MのU相巻線には、上記正群及び負群コ
ンバータの出力電圧の平均値VU=(VPU+
VNU)/2が印加される。V PU =k・V cap・cosα PU =k′・V cap・V〓 PU =k′・V cap・K U・ε U …(27) V NU =k・V cap・cosα NU =k′・V cap・V〓 NU =k′・V cap・K U・ε U =V PU …(28) The U-phase winding of the motor M has the average value V U of the output voltage of the above positive group and negative group converters. =(V PU +
V NU )/2 is applied.
従つてIU *>IUとなつた場合、偏差εUは正の値
となり、VUを増加させ、U相電流IUを増やし、IU
≒IU *となるように制御する。 Therefore, when I U * > I U , the deviation ε U becomes a positive value, increasing V U , increasing the U-phase current I U , and increasing I U
Control so that ≒I U * .
逆にIU *<IUとなつた場合、偏差εUは負の値と
なり、VUを減少させてU相電流IUを減らし、や
はり、IU≒IU *となつて落ち着く。 Conversely, when I U * < I U , the deviation ε U becomes a negative value, decreasing V U and decreasing the U-phase current I U , and settling down as I U ≒ I U * .
電流指令値IU *を正弦波状に変化させれば、実
電流IUもそれに追従して制御される。 By changing the current command value I U * in a sinusoidal manner, the actual current I U is also controlled to follow it.
V相及びW相の電流IV,IWも同様にして制御さ
れる。 The V-phase and W-phase currents I V and I W are similarly controlled.
ただし、各相の循環電流は前に述べたように進
相コンデンサCAPの電圧Va,Vb,Vcの周波数を
位相が3相基準電圧ea,eb,ecのそれと一致する
ように調整されることは言うまでもない。 However, as mentioned before, the circulating current of each phase is adjusted so that the frequency of the voltages V a , V b , V c of the phase advance capacitor CAP is adjusted so that the phase matches that of the three-phase reference voltages e a , e b , e c Needless to say, it will be adjusted accordingly.
次に誘導電動機Mの速度制御動作を説明する。 Next, the speed control operation of the induction motor M will be explained.
誘導電動機の2次電流I〓と励磁電流Ieをベクト
ル的に直交させ、各々を独立に制御できるように
したものはベクトル制御誘導機として知られてい
る。ここでは、その手法を用いて速度制御するも
のを例にとつている。 An induction motor in which the secondary current I and the excitation current Ie are vectorally orthogonal so that they can be controlled independently is known as a vector control induction machine. Here, an example of speed control using this method is taken.
ベクトル制御の手法は文献が多く出ており、詳
しい説明は省略し、概要を述べるにとどめる。 There are many literatures on vector control techniques, so a detailed explanation will be omitted and only a summary will be given.
まず、電動機の回転子に直結された回転パルス
発生器PGから回転速度ωrに比例したパルス列を
取り出す。 First, a pulse train proportional to the rotational speed ω r is extracted from a rotational pulse generator PG directly connected to the rotor of the electric motor.
比較器CNは当該回転速ωrとその指令値ωr *を比
較し、当該偏差εN=ωr *−ωrを次の速度制御補償
回路GN(S)に入力する。 The comparator C N compares the rotational speed ω r with its command value ω r * , and inputs the deviation ε N =ω r * −ω r to the next speed control compensation circuit G N (S).
GN(S)は比例要素あるいは積分要素等からな
り、出力としてトルク電流指令I〓*を与える。 G N (S) consists of a proportional element, an integral element, etc., and provides a torque current command I〓 * as an output.
また、前記回転速度検出値ωrは励磁電流設定
器EXに入力され、励磁電流指令Ie *を与える。 Further, the detected rotational speed value ω r is input to the excitation current setting device EX, and provides an excitation current command I e * .
当該トルク電流指令I〓*及び励磁電流指令Ie *は、
演算回路CAL1〜CAL2に入力され、次の演算を
行う。 The relevant torque current command I〓 * and excitation current command I e * are:
It is input to the calculation circuits CAL 1 to CAL 2 and performs the following calculation.
すなわち、演算回路CAL1では ωsl *=Rr *I〓*/Lr *Ie * …(29) Rr *:2次抵抗 Lr *:2次インダクタンス の演算によつてすべり角周波数ωsl *を求める。 That is, in the calculation circuit CAL 1 , ω sl * = R r * I〓 * /L r * I e * …(29) R r * : Secondary resistance L r * : Slip angular frequency is determined by calculation of secondary inductance. Find ω sl * .
また、演算回路CAL2では
θr *=tan-1(I〓*/Ie *) …(30)
の演算によつて、励磁電流Ie *に対する1次電流
指令値IL *の位相角θr *を求める。 In addition, the calculation circuit CAL 2 calculates the phase angle of the primary current command value I L * with respect to the excitation current I e * by calculating θ r * = tan -1 (I〓 * /I e * ) ...(30) Find θ r * .
さらに演算回路CAL3では、
ILn=√e *+〓* …(31)
の演算によつて1次電流指令値IL *の波高値ILnを
求める。 Further, the calculation circuit CAL 3 calculates the peak value I Ln of the primary current command value I L * by calculating I Ln = √ e * + 〓 * (31).
第10図は当該誘導電動機の電流ベクトル図を
表わすもので、励磁電流Ie *と2次電流(トルク
電流)I〓*とは直交関係にあり、当該電動機の発
生トルクTeは、次式で表わせる。 Figure 10 shows a current vector diagram of the induction motor. The exciting current I e * and the secondary current (torque current) I * are in an orthogonal relationship, and the generated torque T e of the motor is calculated by the following formula: It can be expressed as
Te=Ke・I〓*・Ie * …(32)
通常励磁電流指令Ie *は一定に与えられ、電動
機の発生トルクTeは2次電流指令(トルク電流
指令令)I〓*を変えることによつて制御される。 T e = K e・I〓 *・I e * …(32) Normally, the excitation current command I e * is given constant, and the generated torque T e of the motor is the secondary current command (torque current command command) I〓 * controlled by changing the
ただし、回転速度を定格以上で運転させるとき
には、弱め界磁制御が行なわれ、励磁電流設定器
EXによつて、励磁電流指令Ie *を回転速度ωrに応
じて変化させることがある。 However, when operating the rotation speed above the rated value, field weakening control is performed and the excitation current setting
Depending on EX, the excitation current command I e * may be changed depending on the rotational speed ω r .
このようにして求められたすべり角周波数ωsl
*、位相角θr *と回転角周波数(回転速度検出値)
ωrを正弦波パターン発生器PTGに入力し、次の
3相単位正弦波φu,φv,φwを求める。 Slip angular frequency ω sl obtained in this way
* , phase angle θ r * and rotational angular frequency (rotation speed detection value)
Input ω r to a sine wave pattern generator PTG to obtain the next three-phase unit sine waves φ u , φ v , φ w .
φu=sin{(ωr+ωsl *)・t+θr *}…(33)
φv=sin{(ωr+ωsl *)・t+θr *
−2π/3} …(34)
φw=sin{(ωr+ωsl *)・t+θr *
+2π/3} …(35)
当該単位正弦波φu,φv,φwは誘導電動機Mに
供給される1次電流ILの周波数と位相を決定する
ものである。φ u = sin {(ω r + ω sl * )・t+θ r * }…(33) φ v = sin {(ω r +ω sl * )・t+θ r * −2π/3}…(34) φ w = sin {(ω r +ω sl * )・t+θ r * +2π/3} …(35) The unit sine waves φ u , φ v , φ w express the frequency and phase of the primary current I L supplied to the induction motor M. It is up to you to decide.
乗算器MLU,MLV,MLWによつて、当該3相
単位正弦波φu,φv,φwと前記波高値指令ILnを掛
け合わせ、誘導電動機Mに供給される3相電流
(1次電流)の指令値Iu *,Iv *,Iw *を求める。 Multipliers ML U , ML V , ML W multiply the three-phase unit sine waves φ u , φ v , φ w by the peak value command I Ln to obtain the three-phase current ( Find the command values I u * , I v * , I w * of the primary current).
Iu *=ILn・sin{(ωr+ωsl *)・t+θr *} …(36)
Iv *=ILn・sin{(ωr+ωsl *)・t
+θr *−2π/3} …(37)
Iw *=ILn・sin{(ωr+ωsl *)・t
+θr *+2π/3} …(38)
誘導電動機のベクトル制御は励磁電流Ieと2次
電流I〓を独立に制御できることに特長がある。故
に電動機の励磁電流Ieを一定に保ちながら2次電
流I〓の大きさを変えることにより、発生トルクを
制御することができ、直流機と同等の速度制御応
答を達成することが可能となる。I u * = I Ln・sin {(ω r + ω sl * )・t + θ r * } … (36) I v * = I Ln・sin {(ω r + ω sl * )・t + θ r * −2π/3 } …(37) I w * = I Ln・sin {(ω r +ω sl * )・t +θ r * +2π/3} …(38) Vector control of an induction motor is based on the excitation current I e and the secondary current I〓 The feature is that it can be controlled independently. Therefore, by changing the magnitude of the secondary current I while keeping the motor's excitation current Ie constant, the generated torque can be controlled, making it possible to achieve a speed control response equivalent to that of a DC machine. .
上記のように与えられた1次電流指令値Iu *,
Iv *,Iw *に従つて実電流Iu,Iv,Iwを制御される
ことは前に説明した通りである。 The primary current command value I u * given as above,
As explained above , the actual currents I u , I v , and I w are controlled according to I v * and I w * .
ωr *>ωrとなつた場合、偏差εNは、正の値とな
り、制御補償回路GN(S)を介してトルク電流
(2次電流)指令I〓*を増加させる。 When ω r * >ω r , the deviation ε N becomes a positive value and increases the torque current (secondary current) command I 〓 * via the control compensation circuit G N (S).
この結果、第10図に示される誘導電動機の1
次電流指令IL *(IU *,IV *,IW *)の波高値ILnと位
相角θr *を増加させ、実電流IU,IV,IWもそれに従
つて追従制御される。 As a result, 1 of the induction motor shown in FIG.
The peak value I Ln and phase angle θ r * of the next current command I L * (I U * , I V * , I W * ) are increased, and the actual currents I U , I V , and I W are also controlled accordingly. be done.
故に誘導電動機Mの実際の2次電流I〓が増大
し、発生トルクTeをふやして加速する。これに
よりωrが増加し、ωr≒ωr *になるように制御され
る。 Therefore, the actual secondary current I of the induction motor M increases, increasing the generated torque T e and accelerating the motor. This increases ω r and is controlled so that ω r ≒ ω r * .
逆にωr *<ωrとなつた場合、偏差εNは、負の値
となり、トルク電流指令I〓*を減少させ、1次電
流指令IL *(IU *,IV *,IW *)の波高値ILnと位相角
θr *を減少させる。故に発生トルクTeは減少し、
回転速度ωrが減つてやはりωr≒ωr *になるように
制御される。 Conversely, when ω r * <ω r , the deviation ε N becomes a negative value, decreasing the torque current command I 〓 * and increasing the primary current command I L * (I U * , I V * , I W * )'s peak value I Ln and phase angle θ r * are decreased. Therefore, the generated torque T e decreases,
The rotational speed ω r is reduced and controlled so that ω r ≒ ω r * .
本発明では交流電源と進相コンデンサCAPと
の間の電力交換を非循環電流式サイクロコンバー
タCC−1で行つている。この結果、次のような
効果が期待できる。 In the present invention, power exchange between the AC power source and the phase advance capacitor CAP is performed by a non-circulating current type cycloconverter CC-1. As a result, the following effects can be expected.
正群コンバータと負群コンバータの入力側端
子は進相コンデンサに直結させることができ、
絶縁トランスは不要となる。この分装置の小型
軽量化が図れ、かつ運動効率も向上する。 The input side terminals of the positive group converter and negative group converter can be directly connected to the phase advancing capacitor.
No isolation transformer is required. This allows the device to be made smaller and lighter, and the exercise efficiency is also improved.
また、コンバータを構成する素子(サイリス
タ)を正逆方向、2ケずつ同一の冷却フアンに
設置することができるようになり、コンバータ
の構成の簡略化及び、小型軽量化が実現する。 Furthermore, it becomes possible to install two elements (thyristors) constituting the converter in the same cooling fan in the forward and reverse directions, thereby simplifying the structure of the converter and making it smaller and lighter.
循環電流抑制用の直流リアクトルが不要とな
り、運転効率の向上及び装置の小形軽量化が図
れる。 A DC reactor for suppressing circulating current is not required, improving operational efficiency and reducing the size and weight of the device.
また、本発明装置では進相コンデンサと交流電
動との間に電力変換を循環電流式サイクロコンバ
ータCC−2で行つている。このため、次のよう
な効果が得られる。 Further, in the device of the present invention, power conversion between the phase advance capacitor and the AC electric power is performed by a circulating current type cycloconverter CC-2. Therefore, the following effects can be obtained.
循環電流式サイクロコンバータを使うことに
より出力周波数の上限値を上げることができる
ようになり、交流電動機Mを超高速運転させる
ことが可能となる。 By using the circulating current type cycloconverter, it becomes possible to increase the upper limit value of the output frequency, and it becomes possible to operate the AC motor M at extremely high speed.
入力側に高周波絶縁トランスを挿入すること
により、各コンバータを絶縁することができ、
制御相数を増やすことができる。このため、直
流リアクトルの容量が小さくなるばかりでな
く、電動機へ供給する電流脈動がきわめて小さ
くなる。 By inserting a high frequency isolation transformer on the input side, each converter can be isolated.
The number of control phases can be increased. Therefore, not only the capacity of the DC reactor becomes small, but also the current pulsation supplied to the motor becomes extremely small.
進相コンデンサCAPに印加される電圧Va、
Vb、Vcを外部の基準電圧ea、eb、ecの周波数
と位相に一致させるようにCC−2の循環電流
が自動的に調整される。 Voltage V a applied to phase advance capacitor CAP,
The circulating current of CC-2 is automatically adjusted to match V b , V c to the frequency and phase of external reference voltages ea, eb, ec.
以上のように本発明は非循環電流式サイクロコ
ンバータと循環電流式サイクロコンバータとを
各々入力側端子で進相コンデンサに結び、交流電
源(50Hz又は60Hz)から交流電動機に可変電圧可
変周波数(0〜数百Hz)の電力を供給するシステ
ムを提供するものである。 As described above, the present invention connects a non-circulating current type cycloconverter and a circulating current type cycloconverter to a phase advance capacitor at the input side terminal, and connects an AC power source (50Hz or 60Hz) to an AC motor with a variable voltage variable frequency (0 to 60Hz). It provides a system that supplies power at a frequency of several hundred Hz).
[発明の効果]
さて、以上のような交流電動機駆動制御装置で
は、次のような効果が得られる。[Effects of the Invention] The AC motor drive control device as described above provides the following effects.
電源周波数50Hzに対し、電動機に供給される
電流の周波数は0〜500Hz程度になる。 While the power supply frequency is 50Hz, the frequency of the current supplied to the motor is approximately 0 to 500Hz.
すなわち、循環電流式サイクロコンバータ
CC−2の制御パルス数(制御相数)を24パル
ス程度にすることにより、その出力周波数f0を
入力周波数fcap以上にすることも可能である。
故に進相コンデンサCAPの電圧の周波数fcapを
500Hz程度にすることにより、電動機に供給さ
れる電流IU、IV、IWの周波数は0〜500Hz程度
まで運転することができる。 In other words, circulating current type cycloconverter
By setting the number of control pulses (number of control phases) of CC-2 to about 24 pulses, it is also possible to make its output frequency f 0 higher than the input frequency f cap .
Therefore, the frequency f cap of the voltage of the phase advance capacitor CAP is
By setting the frequency to about 500 Hz, the frequencies of the currents I U , I V , and I W supplied to the motor can be operated from about 0 to 500 Hz.
従つて、2極の交流電動機では、回転数は
30000rpmにもなり、超高速運転が可能となる。
故に従来ギア等で増速しなければならなかつた
ブロア用モータでは該ギアが不要となり、運転
効率が向上し、かつ小形軽量化が図れるように
なる。 Therefore, in a two-pole AC motor, the rotation speed is
It can reach 30,000rpm, making ultra-high-speed operation possible.
Therefore, in the case of a blower motor, which conventionally required a gear or the like to increase its speed, the gear becomes unnecessary, the operating efficiency is improved, and the blower motor can be made smaller and lighter.
また、回転数を3000rpm程度とした場合、電
動機の極数を20極にもすることができ、低速時
のトルクリツプルが小さくなるばかりでなく、
速度制御の精度を従来より1ケタも向上させる
ことが可能となる。 In addition, when the rotation speed is set to around 3000 rpm, the number of poles of the motor can be increased to 20, which not only reduces torque ripple at low speeds, but also
It becomes possible to improve the accuracy of speed control by one order of magnitude compared to the conventional method.
電動機Mに供給される電流IU、IV、IWは正弦
波に制御され、トルクリツプルのきわめて小さ
い装置が得られる。同時に電磁騒音がなくな
り、公害の原因を取り除くことができる。 The currents I U , I V , and I W supplied to the electric motor M are controlled to sinusoidal waves, resulting in a device with extremely small torque ripple. At the same time, electromagnetic noise is eliminated, eliminating the cause of pollution.
電源から供給される電流は電源電圧と同相の
正弦波に制御され、入力力率は常に1に制御で
き、かつ入力電流に含まれる高調波がきわめて
小さくなる。入力力率=1ということは無効電
力が零になることで、電源系統の設備容量が小
さくなり、しかも無効電力変動に伴なう電圧変
動がなくなり、他の電機機器にめいわくをかけ
ない装置とすることができる。また、高調波に
よる誘導障害がなくなり、近くの通信線への悪
影響が取り除かれる。 The current supplied from the power supply is controlled to be a sine wave in phase with the power supply voltage, the input power factor can always be controlled to 1, and harmonics contained in the input current are extremely small. Input power factor = 1 means that the reactive power is zero, which reduces the installed capacity of the power supply system, and also eliminates voltage fluctuations due to reactive power fluctuations, making it possible to create equipment that does not cause any disturbance to other electrical equipment. can do. In addition, induction interference due to harmonics is eliminated, and adverse effects on nearby communication lines are eliminated.
コンバータは全て進相コンデンサCAPに印
加される交流電圧を利用して転流させる自然転
流コンバータ(他励コンバータ)であるため、
大電力トランジスタやゲートターンオフサイリ
スタ等の自己消弧素子を必要とせず、信頼性が
高く、過負荷運転にも強く、大容量化がきわめ
て容易なシステムを提供することができる。 All converters are natural commutation converters (separately excited converters) that commutate using the AC voltage applied to the phase advance capacitor CAP.
It is possible to provide a system that does not require self-extinguishing elements such as high-power transistors or gate turn-off thyristors, is highly reliable, is resistant to overload operation, and is extremely easy to increase capacity.
入力力率=1とした結果、電源トランス
MTRは、有効電力だけを供給すればよくな
り、大幅な容量の低減が図れる。 As a result of input power factor = 1, the power transformer
MTR only needs to supply active power, which can significantly reduce capacity.
CC−1の非循環電流式サイクロコンバータ
としたため、正群コンバータ及び負群コンバー
タの入力側端子は進相コンデンサCAPに直結
できるようになり、素子の冷却構成が簡単にな
つた。さらに、循環電流のリツプルを抑制する
ための直流リアクトルが省略でき、装置の小型
軽量化が図れることができる。 Since CC-1 is a non-circulating current type cycloconverter, the input terminals of the positive group converter and negative group converter can be directly connected to the phase advance capacitor CAP, simplifying the element cooling configuration. Furthermore, a DC reactor for suppressing ripples in the circulating current can be omitted, and the device can be made smaller and lighter.
また、CC−2を循環電流式サイクロコンバ
ータとし、入力側を絶縁トランスで各コンバー
タを絶縁する構成としているため、サイクロコ
ンバータの制御相数(制御パルス数)を増大さ
せることが可能となり、効果で述べたように
進相コンデンサCAPの印加電圧の周波数fcapと
同じ、あるいはそれ以上の出力周波数を出せる
ようになり、交流電動機Mの超高速運転が可能
となる。 In addition, CC-2 is a circulating current type cycloconverter, and each converter is isolated by an isolation transformer on the input side, so it is possible to increase the number of control phases (number of control pulses) of the cycloconverter, which is effective. As described above, it becomes possible to output an output frequency that is equal to or higher than the frequency f cap of the voltage applied to the phase advance capacitor CAP, and ultra-high-speed operation of the AC motor M becomes possible.
第1図は本発明の交流電動機駆動装置の実施例
を示す構成図、第2図は第1図の装置の起動動作
を説明明するための等価回路図、第3図は第2図
の動作を説明するためのタイムチヤート図、第4
図は第1図の装置の進相コンデンサ電圧の電圧の
周波数と位相を制御する動作を説明するための等
価回路図、第5図は第4図の動作説明のためのタ
イムチヤート図、第6図は第1図の動作原理を説
明するための等価回路図、第7図は第1図の非循
環電流式サイクロコンバータの制御回路図の具体
的実施例を示す構成図、第8図は第7図の動作を
説明のためのタイムチヤート図、第9図は第1図
の循環電流式サイクロコンバータの制御回路の具
体的実施例を示す構成図、第10図は第1図の装
置の交流電動機の制御動作を説明するためのベク
トル図である。
R,S,T……3相交流電源端子、MTR……
電源トランス、CC−1……非循環電流式サイク
ロコンバータ、CAP……進相コンデンサ、CC−
2……循環電流式サイクロコンバータ、TRU,
TRV,TRW……絶縁トランス、M……交流電動
機、LSR,LSS,LST……交流リアクトル、SPR,
SPS,SPT……正群コンバータ、SNR,SNS,
SNT……負群コンバータ、LOU1,LOU2,LOV1,
LOV2,LOW1,LOW2……直流リアクトル、SPU,
SPV,SPW……正群コンバータ、SNU,SNV,
SNW……負群コンバータ、PG……回転パルス発
生器、CTR,CTS,CTT,CTU,CTV,CTW……
変流器、PTS,PTcap……変成器、D……整流回
路、OSC……3相基準電圧発生器、PHC1,PHC2
……位相制御回路、ACR1,ACR2……電流制御
回路、AVR……電圧制御回路、SPC……速度制
御回路。
FIG. 1 is a block diagram showing an embodiment of the AC motor drive device of the present invention, FIG. 2 is an equivalent circuit diagram for explaining the starting operation of the device in FIG. 1, and FIG. 3 is the operation of the device in FIG. 2. Time chart diagram for explaining the 4th
The figure is an equivalent circuit diagram for explaining the operation of controlling the frequency and phase of the voltage of the phase advance capacitor voltage of the device of Figure 1, Figure 5 is a time chart diagram for explaining the operation of Figure 4, and Figure 6 is a time chart diagram for explaining the operation of Figure 4. The figure is an equivalent circuit diagram for explaining the operating principle of Figure 1, Figure 7 is a block diagram showing a specific example of the control circuit diagram of the non-circulating current type cycloconverter of Figure 1, and Figure 8 is a diagram of the control circuit of the non-circulating current type cycloconverter in Figure 1. Fig. 7 is a time chart for explaining the operation, Fig. 9 is a block diagram showing a specific example of the control circuit of the circulating current type cycloconverter shown in Fig. 1, and Fig. 10 is an AC diagram of the device shown in Fig. 1. FIG. 3 is a vector diagram for explaining a control operation of an electric motor. R, S, T...3-phase AC power supply terminal, MTR...
Power transformer, CC-1...Non-circulating current type cycloconverter, CAP...Phase advance capacitor, CC-
2... Circulating current type cycloconverter, TR U ,
TR V , TR W ...Isolation transformer, M...AC motor, L SR , L SS , L ST ...AC reactor, SPR,
SPS, SPT... Positive group converter, SNR, SNS,
SNT……Negative group converter, L OU1 , L OU2 , L OV1 ,
L OV2 , L OW1 , L OW2 ...DC reactor, SPU,
SPV, SPW... Positive group converter, SNU, SNV,
SNW...Negative group converter, PG...Rotary pulse generator, CT R , CT S , CT T , CT U , CT V , CT W ...
Current transformer, PT S , PT cap ... Transformer, D... Rectifier circuit, OSC ... 3-phase reference voltage generator, PHC 1 , PHC 2
...Phase control circuit, ACR 1 , ACR 2 ...Current control circuit, AVR ...Voltage control circuit, SPC ...Speed control circuit.
Claims (1)
介して、出力側端子を接続した非循環電流式サイ
クロコンバータと、該非循環電流式サイクロコン
バータの入力側端子に接続された進相コンデンサ
と、該進相コンデンサに絶縁トランスを介して入
力側端子を接続した循環電流式サイクロコンバー
タと、当該循環電流式サイクロコンバータの出力
側端子に接続された交流電動機とから構成される
交流電動機駆動装置。 2 交流電源と、当該交流電源に電源トランスを
介して、出力側端子を接続した非循環電流式サイ
クロコンバータと、該非循環電流式サイクロコン
バータの入力側端子に接続された進相コンデンサ
と、該進相コンデンサに絶縁トランスを介して入
力側端子を接続した循環電流式サイクロコンバー
タと、当該循環電流式サイクロコンバータの出力
側端子に接続された交流電動機とからなり、前記
非循環電流式サイクロコンバータは、前記進相コ
ンデンサの電圧波高値がほぼ一定になるように前
記交流電源から供給される電流を当該電源電圧と
同相の正弦波になるように制御する制御手段を備
え、前記循環電流式サイクロコンバータは、前記
交流電動機に供給される電流を制御する制御手段
を具備してなる交流電導機駆動装置。[Claims] 1. An AC power source, a non-circulating current type cycloconverter having an output side terminal connected to the AC power source via a power transformer, and a converter connected to the input side terminal of the non-circulating current type cycloconverter. An AC motor consisting of a phase capacitor, a circulating current type cycloconverter whose input side terminal is connected to the phase advancing capacitor via an isolation transformer, and an AC motor connected to the output side terminal of the circulating current type cycloconverter. Drive device. 2. An AC power source, a non-circulating current type cycloconverter whose output side terminal is connected to the AC power source via a power transformer, a phase advance capacitor connected to the input side terminal of said non-circulating current type cycloconverter, and said phase advance capacitor connected to the input side terminal of said non-circulating current type cycloconverter. The non-circulating current cycloconverter consists of a circulating current cycloconverter whose input terminal is connected to a phase capacitor via an isolation transformer, and an AC motor connected to the output terminal of the circulating current cycloconverter. The circulating current type cycloconverter includes a control means for controlling the current supplied from the AC power source to be a sine wave having the same phase as the power supply voltage so that the voltage peak value of the phase advance capacitor is approximately constant. , an AC electric machine driving device comprising a control means for controlling the current supplied to the AC motor.
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61179115A JPS6339495A (en) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | Ac motor drive |
| EP87109725A EP0253267B1 (en) | 1986-07-14 | 1987-07-06 | Ac motor drive apparatus |
| DE8787109725T DE3781613T2 (en) | 1986-07-14 | 1987-07-06 | DEVICE FOR AC MOTOR DRIVE. |
| US07/071,395 US4760321A (en) | 1986-07-14 | 1987-07-09 | AC motor drive apparatus |
| CA000541730A CA1285610C (en) | 1986-07-14 | 1987-07-09 | Ac motor drive apparatus |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP61179115A JPS6339495A (en) | 1986-07-30 | 1986-07-30 | Ac motor drive |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS6339495A JPS6339495A (en) | 1988-02-19 |
| JPH0413959B2 true JPH0413959B2 (en) | 1992-03-11 |
Family
ID=16060271
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP61179115A Granted JPS6339495A (en) | 1986-07-14 | 1986-07-30 | Ac motor drive |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPS6339495A (en) |
-
1986
- 1986-07-30 JP JP61179115A patent/JPS6339495A/en active Granted
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS6339495A (en) | 1988-02-19 |
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