JPH0474958B2

JPH0474958B2 -

Info

Publication number: JPH0474958B2
Application number: JP57032869A
Authority: JP
Priority date: 1982-03-02
Filing date: 1982-03-02
Publication date: 1992-11-27
Also published as: JPS58151875A

Description

【発明の詳細な説明】この発明は逆並列接続された順変換器を用いて
直流電動機を駆動する際に用いて好適な負荷電流
切換方法に関する。

逆並列接続された順変換器を用いて直流電動機
を駆動する場合の一般的な回路例を第１図に示
す。この図において１，２は各々サイリスタで構
成される順変換器であり、直流電動機の電機子３
に対し逆並列に接続されている。また、この順変
換器１，２には各々三相交流電源ACが供給され
ている。４は界磁巻線であり、可変直流電源５に
接続されている。

ところで、周知のように直流電動機の回転速度
を制御する場合は電機子電流（以下負荷電流とい
う）を制御して行い、回転方向を反転する場合は
負荷電流の向きを反転して行う。

そして、第１図に示す回路において、負荷電流
を制御する場合は負荷電流指令値に対応する点弧
角信号を順変換器１もしくは２に供給し、また、
負荷電流の向きを切り換える場合は動作する順変
換器を切り変える。例えば、直流電動機が正転し
ている時順変換器１が動作状態にあれば、逆転時
には、順変換器１を非動作状態にした後順変換器
２を動作状態にする。

そして、このような負荷電流方向の切り換え方
法として従来以下に示す２つの方法が用いられて
いた。

まず、正転用順変換器の動作を停止させるた
めに、この順変換器へ供給される点弧角を最大
にし、負荷電流を０へ導く。負荷電流は電機子
のインダクタンス成分によりすぐには０になら
ないから、予め算出された所定時間（負荷電流
が０になる時間）経た後、正転用順変換器に供
給されていた点弧角信号をしや断する。そし
て、逆転用順変換器に点弧角信号を供給して、
負荷電流の方向を反転する。

上述したの方法と略同様であるが、正転用
順変換器の点弧角を最大にした後、負荷電流の
平均値を検出してこの値が０になつた時に、逆
転用順変換器に点弧角信号を供給する。

しかしながら、上述した、の方法において
は負荷電流の方向切換に要する時間が長く、ま
た、切換時において点弧角を最大にするため、切
換後、点弧角を所望の値に復帰させるのに時間が
かかる欠点があつた。なお、動作中の順変換器の
点弧角を減少方向に制御する場合、急激に減少で
きない（一般には最大30゜程度）ことは周知のと
おりである。

そして、上述したことから従来の方法にはさら
に以下に述べる欠点があつた。

軽負荷状態で駆動される直流電動機の回転速度
を一定速度に制御する場合、負荷電流の指令値は
０付近において変動し、極性反転をくり返す。こ
の際前述した従来の方法においては、順変換器の
切換時間および切換後の点弧角復帰時間が長く、
負荷電流指令値の極性反転に対し追従性が悪いた
め、定速制御の特性が極めて悪かつた。

この発明は上述した事情に鑑み、順変換器の切
換時間および切換後の点弧角復帰時間が極めて短
く、また、軽負荷時における直流電動機の定速制
御特性が極めて良い逆並列接続順変換器の負荷電
流切換方法を提供するもので、逆並列接続された
順変換器のどちらか一方が適宜選択されて負荷へ
電流を供給するように構成された回路において、
軽負荷または無負荷時に、選択されている順変換
器の点弧直前の負荷電流値が０であるか否かを検
出し、０である場合には次の点弧を他方の順変換
器に切り換えることを特徴とする逆並列接続順変
換器の負荷電流切換方法である。

以下図面を参照してこの発明の実施例について
説明する。

第２図はこの発明の一実施例の構成を示すブロ
ツク図である。なお、この図において第１図と対
応する部分には同一の符号を付しその説明を省略
する。

この図においてS₁は電流値指令信号であり、図
示せぬ他の回路から供給される信号である。この
電流値指令信号S₁は指令信号変換部１０に供給さ
れるとともに比較器２２に供給される。指令信号
変換部１０は電流値指令信号S₁の絶対値を出力す
るものであり、その出力信号S₂（＝｜S₁｜）は偏
差検出点１１に供給される。また、指令信号変換
部１０はイクスクルーシブノア回路２７から供給
される信号S₃が“Ｌ”レベルになると、その出力
信号S₂を０にするよう構成されている。偏差検出
点１１には負荷電流検出器２０の出力信号S₁₁が
減算信号として供給される。この負荷電流検出器
２０は変換器CTが検出する負荷電流Iaに対応す
る信号S₁₀を負荷電流Iaと等しい値に変換して出
力するものである。増幅器１２は偏差検出点１１
で検出される偏差（S₂−S₁₁）を増幅して点弧角
演算部１３に供給する。点弧角演算部１３は供給
される信号に基づき順変換器１，２の点弧角を演
算するもので、偏差（S₂−S₁₁）が０となるよう
に点弧角演算を行う。この点弧角演算部１３の出
力信号はレートコントロール部１４に供給され
る。レートコントロール部１４は点弧角演算部１
３の出力信号が点弧角を減少させる信号であると
き、減少幅が所定値（一般には30゜程度）以上で
あれば、この時の減少幅を分割するものである。
例えば、点弧角演算部１３の出力信号が前回の点
弧角に対して60゜減少するものであれば、減少幅
30゜の点弧角信号を２度に分けて出力する。また、
点弧角演算部１３の出力信号が、点弧角を増大さ
せる信号であるとき、および、減少させる信号で
はあるが減少幅が小さいとき、レートコントロー
ル部１４は、点弧角演算部１３の出力信号をその
まま出力する。このレートコントロール部１４の
出力信号S₄はゲートパルス発生部１５に供給され
るとともに、偏差検出点２５に減算信号として供
給される。

ここで、前述した点弧角演算部１３およびレー
トコントロール部１４における他の機能を説明す
る。偏差検出点２５には240゜の点弧角信号が加算
信号として供給されており、ここでレートコント
ロール部１４の出力信号S₄との偏差が検出され
る。信号S₄が点弧角α₁を指示するものであれば偏
差検出点２５における偏差は（240゜−α₁）とな
る。そして、この偏差信号は増幅器２６を介して
点弧角演算部１３に供給される。そして、点弧角
演算部１３はワンシヨツトマルチ２８からパルス
P₃が供給されると、偏差信号（240゜−α₁）を取り
込み、この信号に対応する信号、すなわち、点弧
角（240゜−α₁）を指示する信号をレートコントロ
ール部１４へ供給する。また、レートコントロー
ル部１４はワンシヨツトマルチ２８からパルス
P₃が供給されると、点弧角演算部１３から供給
される信号をそのままゲートパルス発生部１５へ
供給する。この場合、点弧角塩算部１３の出力信
号が点弧角を大幅に減少させるものであつても、
減少幅を抑制しない。

次に、１５はゲートパルス発生部である。この
ゲートパルス発生部１５はレートコントロール部
１４の出力信号S₄（点弧角を指示する信号）に基
づき、ゲートパルスG_P、点弧前パルスP₁および
点弧後パルスP₂の３パルスを一組として発生す
るものである。ここで、第３図ａ〜ｃにゲートパ
ルスG_P、点弧前パルスP₁および点弧後パルスP₂
の発生タイミングを示す。ゲートパルスG_Pは順
変換器１，２を点弧するパルスであり、信号S₄が
指示する点弧角に対応するパルスである。そし
て、点弧後パルスP₂はアンドゲート２３の入力
端子２３ｂに供給され、点弧前パルスP₁はＤ型
フリツプフロツプ１（以下FF₁と略称する）のＧ
入力端子に供給され、また、ゲートパルスG_Pは
アンドゲート１６，１７の入力端子１６ａ，１７
ａに供給される。このアンドゲート１６，１７の
他方の入力端子１６ｂ，１７ｂは各々FF₂のＱの
出力端子、出力端子に接続されており、アンド
ゲート１６，１７のどちらか一方が開となるよう
構成されている。１８，１９は各々ゲートパルス
G_Pを所定のレベルに増幅するパルスアンプであ
り、各々の出力信号は各々順変換器１，２のゲー
トに供給される。そして、ゲートパルスG_PはFF₂
の出力状態によつて、アンドゲート１６→パルス
アンプ１８なる経路で順変換器１に供給される
か、あるいは、アンドゲート１７→パルスアンプ
１９なる経路で順変換器２に供給される。

一方、２１，２２は各々比較器であり、入力信
号が０を越えている場合に“Ｈ”レベルの信号を
出力し、入力信号が０以下である場合に“Ｌ”レ
ベルの信号を出力する。比較器２１には変流器
CTの出力信号S₁₀が供給され、比較器２２には前
述したように電流値指令信号S₁が供給される。な
お、信号S₁₀は負荷電流Iaの絶対値｜Ia｜に等し
い値の信号である。比較器２１の出力信号S₁₂は
FF₁のＤ入力端子へ供給され、また、FF₁の出
力信号はアンドゲート２３の入力端子２３ａに開
閉信号として供給される。そして、アンドゲート
２３の出力信号はFF₂のＧ入力端子に供給され
る。比較器２２の出力信号S₆はFF₂のＤ入力端子
およびイクスクルーシブノア２７の入力端子２７
ａに供給される。このイクスクルーシブノア２７
の他方の入力端子２７ｂにはFF₂のＱ出力信号が
供給される。そして、イクスクルーシブノア２７
の出力信号はワンシヨツトマルチ２８に供給され
るとともに、前述した指令信号変換部１０に供給
される。ワンシヨツトマルチ２８は、入力信号、
すなわち、イクスクルーシブノア２７の出力信号
が“Ｌ”レベルから“Ｈ”レベルになつた時に１
パルスを出力するものである。

また、上述した構成のうち第２図に一点鎖線で
囲む部分で負荷電流切換部３０が構成されてい
る。

次に、上述した構成によるこの実施例の動作を
第２図、第４図を参照して説明するが、電流値指
令信号S₁が正から負へ極性反転する場合を例にと
つて説明する。

また、電源投入時におけるこの実施例の動作の
説明は以下の述べる２つの理由から簡単のために
省略する。

この実施例における電源投入時の動作は電流
指令信号S₁が極性反転した時点の動作と略等し
いこと。

電源投入時において、電流値指令信号S₁が正
であれば、アンドゲート１６が開となり正転用
の順変換器１が駆動され、また同様に、電流値
指令信号S₁が負であれば、アンドゲート１７が
開となり逆転用の順変換器２が駆動されること
が、以下の動作説明から容易に理解できるこ
と。

さて、第４図ａ〜ｊは、第２図に示す電動機３
が軽負荷で駆動される場合において、電流値指令
信号S₁を正から負へ直線的に変化させた場合の回
路各部の波形を示す図である。

まず初めに、電流値指令信号S₁が０をクロスす
る時刻t₁以前の動作を説明する。この場合、アン
ドゲート１６が開、アンドゲート１７が閉とな
り、電流値指令信号S₁に対応するゲートパルス
G_P（同図ｃ参照）はアンドゲート１６、パルスア
ンプ１８を介して正転用の順変換器１に供給さ
れ、これにより、電機子３が正転する。またこの
時、比較器２１，２２の各々の出力信号S₁₂，S₆
は各々の入力信号S₁₀，S₁が０以上であるから、
共に“Ｈ”レベルにある（同図ｅ，ｆ参照）。信
号S₁₂が常に“Ｈ”レベルにあると、第２図に示
すFF₁は点弧前パルスP₁が供給されてもその状態
が変化せず、出力信号は常に“Ｌ”レベルであ
る（第４図ｉ参照）。したがつて、アンドゲート
２３は閉状態にあり、FF₂のＧ入力端子には
“Ｌ”レベルの信号が供給されつづける。これに
より、FF₂の状態は変化せず、出力端子からは
“Ｈ”レベルの信号が出力されつづける（第４図
ｊ参照）。この結果、イクスクルーシブノア２７
の両入力端子２７ａ，２７ｂには常に“Ｈ”レベ
ルの信号が供給され、その出力信号S₂は第４図ｇ
に示すように“Ｈ”レベルを維持する。これによ
り、ワンシヨトマルチ２８は動作せず、パルス
P₃が出力されることはない。また、指令信号変
換部１０の出力信号S₂は信号S₃が“Ｈ”レベルに
あるため、第４図ａに示すように電流値指令信号
S₁の絶対値に等しい。

次に、電流値指令信号S₁が時刻t₁において０に
なると、比較器２２の出力信号S₆が“Ｌ”レベル
になる。この結果、イクスクルーシブノア２７の
出力信号S₃が“Ｌ”レベルになり、指令信号変換
部１０の出力信号S₂は第４図ａに示すように０に
なる。この結果、時刻t₁以後点弧演算部１３は負
荷電流Iaを０とするような点弧角を演算する。

一方、負荷電流Iaは時刻t₂〜t₃間でいつたん０
になる。これは、周知のように電流継続状態と呼
ばれる現象で、直流電動機を軽負荷状態で駆動し
た際に電流指令信号S₁が０付近にあると負荷電流
I₂が次の点弧時刻の手順で０になる現象である。
また、この状態では次の点弧時点の直前の負荷電
流が必ず０になる。そして、この実施例では以下
に説明するように時刻t₃において負荷電流継続状
態を検出し、その次の点弧時において負荷電流Ia
の向きを切換える。

時刻t₂において負荷電流Iaが０になると、比較
器２１の出力信号S₁₂が第４図ｆに示すように
“Ｌ”レベルになる。これにより、時刻t₃におい
て点弧前パルスP₁がFF₁のＧ入力端子に供給され
ると、FF₁の出力信号が第４図ｉに示すように
“Ｈ”レベルになり、電流断続状態を検出する。
FF₁の出力信号が“Ｈ”レベルになると、アン
ドゲート２３が開状態になる。そして、時刻t₄に
おいてゲートパルスG_Pが発せられると、この時
点ではFF₂の出力状態が変化していないから、ゲ
ートパルスG_Pはアンドゲート１６、パルスアン
プ１８を介して正転用の順変換器１へ供給され
る。そして、時刻t₅において点弧後パルスP₂がア
ンドゲート２３を介してFF₂のＧ入力端子に供給
されると、信号S₆がすでに“Ｌ”レベルになつて
いるから、FF₂の出力状態が反転し、出力信号
が“Ｌ”レベルになる（第４図ｊ参照）。この結
果、イクスクルーシブノア２７の入力端子２７
ａ，２７ｂには共に、“Ｌ”レベルの信号が供給
されるから、イクスクルーシブノア２７の出力信
号S₃が“Ｈ”レベルになり、ワンシヨツトマルチ
２８がパルスP₃を点弧角演算部１３およびレー
トコントロール部１４へ供給する。点弧角演算部
１３はパルスP₃が供給されると、偏差検出点２
５から増幅器２６を介して供給される偏差信号
（240゜−α₁）を取り込み、点弧角（240゜−α₁）を
指示する信号をレートコントロール部１４を介し
てゲートパルス発生部１５へ供給する。また、こ
の時レートコントロール部１４はパルスP₃が供
給されているから、点弧角演算部１３の出力信号
が点弧角を大幅に減少させるものであつても減少
幅を抑制しない。そして、ゲートパルス発生部１
５は偏差信号（240゜−α₁）に対応するゲートパル
スG_Pを時刻t₆において出力する。

一方、時刻t₅以後においては、第２図および第
４図から解るようにFF₂の出力状態は変化しない
から、時刻t₃においてはアンドゲート１７が開状
態になつている。

したがつて、時刻t₆におけるゲートパルスG_Pは
アンドゲート１７、パルスアンプ１９を介して順
変換器２に供給され、これにより負荷電流Iaの向
きが切換り電機子３が逆回転する。

このように、この実施例では第４図ａから解る
ように、電流値指令信号S₁の極性反転に対し、１
点孤期間の遅れだけで、負荷電流Iaの向きを切り
換える。

また一方、時刻t₅に信号S₃が“Ｈ”レベルにな
ると、指令信号変換部１０の出力信号S₂は再び電
流値指令信号S₁の絶対値と等しくなる。この結
果、時刻t₆以後の点弧角は信号S₂に基づくものと
なる（第４図ａ参照）。これはこの実施例が負荷
電流切換後において電流値指令信号S₁に対し極め
て良い追従性を持つことを示している。

ここで、追従性が良い理由を説明する。

まず、参考図１に示すように正転用順変換器の
出力電圧をvp、逆転用順変換器の出力電圧をvN
とする。モータは一定速度回転しているため、一
定の速度起電圧（モータの内部で発生）Ecが発
生する。そして、第５図に負荷電流Ia＝０の時の
vpとvNの出力波形を示す。ここで、導通期間と
して示す部分がvp、vNの出力波形であり、その
開始点Ａ、Ｂの電圧値が速度起電圧Ecに等しく
なつている。このため、各々の順変換器の出力電
流ip、iNが０になる。すなわち、切換直後にお
いていきなり電流が流れることがなく、速度脈動
が押えられている。

そして、正転側の点弧各αpoおよび逆転側の点
呼角pαNoは、 αpo＝−sin（Ec／Em）−2π／３ αNp＝−sin（−Ec／Em）＋2π／３なる式によつて算出される。ゆえに、 αpo＋αNp＝4π／３（＝240゜）なる関係がある。したがつて、正転から逆転に切
り換えるときの逆転側の点呼角αNoは、 αNo＝240゜−αpo となり、逆転から正転への切換の場合は、 αpo＝240゜−αNo となる。上記値より小さくなると、切換直後にＶ＞＞Ec Ｖ＞＞−Ec となり、いきなり大電流が流れ速度脈動が生じて
しまう。一方、点弧角が上記値より大きくなる
と、切換直後において vp＜Ec vN＜−Ec となるので、以後の点孤によつて vp＞Ec vN＞−Ec となるまでの間が長く、これが無駄時間となつて
制御特性が悪化する。

軽負荷、無負荷時の制御においては、負荷電流
指令値が極性反転を繰り返すため、極性反転時の
切換時間をできるだけ短くすることが必要である
が、本実施例における点弧角の決定方法は、かか
る状況において格別の作用効果を有する。

すなわち、順変換器の切り換え直後の出力電圧
値が内部起電圧値に等しくなり、この結果、切換
直後に電流が流れることがなく、速度脈動が防止
される訳である。

上述したことから解るようにこの実施例は、軽
負荷で駆動される直流電動機の電機子電流の向き
をひんぱんに切換る際に極めて適している。

なお、この実施例におけるパルスアンプ１８，
１９および負荷電流検出器２０以外の動作をマイ
クロプロセツサを用いて行なわせてもよい。この
場合の制御方法の一例としては、例えば負荷電流
Iaの制御をゲートパルスG_Pに同期させて行う方
法がある。そして、この方法においては点弧後パ
ルスP₂が次の点弧角制御演算および負荷電流の
切換えのスタート信号となる。また、切換え後の
点弧角初期値（240゜−α₁）が不要な場合はパルス
P₃および偏差検出点２５は不要となる。

以上説明したように、この発明によれば、逆並
列接続された順変換器のどちらか一方が適宜選択
されて負荷へ電流を供給するようにした回路にお
いて、軽負荷または無負荷時に、選択されている
順変換器の点弧直前の負荷直流値が０であるか否
かを検出し、０である場合には次の点弧を他方の
順変換器に切り換えるようにしたので、電流継続
状態となつたときに瞬時にこれを検出することが
でき、順変換器の切換を素早く行うことができ
る。したがつて、軽負荷時における直流電動機の
回転速度の一定化制御の制御特性を大きく向上さ
せることができる。

また、切り換えに際し予め定められた所定値か
ら切換直前の点弧角を減算して次の点弧角を設定
することにより、切換時に発生する速度脈動を押
えることができ、極めて追従性の高い制御を実現
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は逆並列接続された順変換器を用いて直
流電動機を駆動する場合の回路例を示す回路図、
第２図はこの発明の一実施例の構成を示すブロツ
ク図、第３図ａ〜ｃは各々第２図に示すゲートパ
ルス発生部１５の出力波形を示す波形図、第４図
ａ〜ｊは第２図に示す回路各部の波形を示す波形
図、第５図は同実施例の制御原理を説明するため
の等価回路図、第６図は同実施例の制御原理を説
明するための波形図である。３０……負荷電流切換部。

Claims

【特許請求の範囲】１逆並列接続された順変換器のどちらか一方を
選択して直流電動機へ電流を供給するようにした
回路において、軽負荷または無負荷時の定速運転中に、選択さ
れている順変換器の点弧直前の負荷電流値が０で
あるか否かを検出し、０である場合には次の点弧
を他方の順変換器に切り換えることを特徴とする
逆並列接続順変換器の負荷電流切り換え方法。２前記切り換えに際して、切り換え直前の点弧
角を240゜から減算し、その減算結果を次の点弧角
とすることを特徴とする特許請求の範囲第１項記
載の逆並列接続順変換器の負荷電流切り換え方
法。