JPH05199789A - 直流／３相電流コンバータのための制御回路 - Google Patents
直流／３相電流コンバータのための制御回路Info
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- JPH05199789A JPH05199789A JP4182668A JP18266892A JPH05199789A JP H05199789 A JPH05199789 A JP H05199789A JP 4182668 A JP4182668 A JP 4182668A JP 18266892 A JP18266892 A JP 18266892A JP H05199789 A JPH05199789 A JP H05199789A
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-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02P—CONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
- H02P25/00—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
- H02P25/02—Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
- H02P25/022—Synchronous motors
- H02P25/03—Synchronous motors with brushless excitation
-
- B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
- B60—VEHICLES IN GENERAL
- B60L—PROPULSION OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; SUPPLYING ELECTRIC POWER FOR AUXILIARY EQUIPMENT OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRODYNAMIC BRAKE SYSTEMS FOR VEHICLES IN GENERAL; MAGNETIC SUSPENSION OR LEVITATION FOR VEHICLES; MONITORING OPERATING VARIABLES OF ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES; ELECTRIC SAFETY DEVICES FOR ELECTRICALLY-PROPELLED VEHICLES
- B60L50/00—Electric propulsion with power supplied within the vehicle
- B60L50/30—Electric propulsion with power supplied within the vehicle using propulsion power stored mechanically, e.g. in fly-wheels
-
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- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
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Abstract
(57)【要約】
【目的】 本発明は、スイッチオン及びスイッチオフが
可能であり、かつ直流を３相電流に変換するためのコン
バータ回路の一部をなす半導体構成素子のための制御回
路を提供する。 【構成】 本発明は、スイッチオン及びスイッチオフが
可能であり、かつ直流を３相電流に変換するためのコン
バータ回路の一部をなす半導体構成素子のための制御回
路に関し、コンバータ回路４０は、直流ソースと、円筒
形回転子を有する同期機２の固定子４との間に接続され
ている。制御回路は、回転子位置検知器５２と直流測定
装置４３とを備えている。この制御回路は、コンピュー
タ４８を備えており、このコンピュータは、相電流ｉの
基本高調波だけを考慮する同期機のモデルに基づいて、
直流Ｉd の任意値に関してもコンバータ内の直流ｉの整
流角μの値を決定するように設計されている。この半導
体構成素子の角度αは、関連する整流角μによって、直
流Ｉd の任意値に関しても決定される限度間に設定され
る。
可能であり、かつ直流を３相電流に変換するためのコン
バータ回路の一部をなす半導体構成素子のための制御回
路を提供する。 【構成】 本発明は、スイッチオン及びスイッチオフが
可能であり、かつ直流を３相電流に変換するためのコン
バータ回路の一部をなす半導体構成素子のための制御回
路に関し、コンバータ回路４０は、直流ソースと、円筒
形回転子を有する同期機２の固定子４との間に接続され
ている。制御回路は、回転子位置検知器５２と直流測定
装置４３とを備えている。この制御回路は、コンピュー
タ４８を備えており、このコンピュータは、相電流ｉの
基本高調波だけを考慮する同期機のモデルに基づいて、
直流Ｉd の任意値に関してもコンバータ内の直流ｉの整
流角μの値を決定するように設計されている。この半導
体構成素子の角度αは、関連する整流角μによって、直
流Ｉd の任意値に関しても決定される限度間に設定され
る。
Description
【０００１】
【産業上の利用分野】本発明は、スイッチオン及びスイ
ッチオフが可能であり、かつ直流を３相電流に変換する
ためのコンバータ回路の一部をなす半導体構成素子のた
めの制御回路に関し、コンバータ回路が、直流ソース
と、円筒形回転子を有する同期機の固定子との間に接続
されており、制御回路が、同期機の固定子に対する回転
子の位置を検知するための回転子位置検知器と、直流の
値を測定するための直流測定装置とを備えている。
ッチオフが可能であり、かつ直流を３相電流に変換する
ためのコンバータ回路の一部をなす半導体構成素子のた
めの制御回路に関し、コンバータ回路が、直流ソース
と、円筒形回転子を有する同期機の固定子との間に接続
されており、制御回路が、同期機の固定子に対する回転
子の位置を検知するための回転子位置検知器と、直流の
値を測定するための直流測定装置とを備えている。
【０００２】
【従来の技術】特定のアプリケーションでは、スイッチ
オン及びスイッチオフが可能である半導体構成素子を含
んでいるコンバータ回路は、車両の直流電動機と、はず
み車（フライホイル）に直接結合されかつ電気的機械の
ごとく、車両内に位置する３相同期機との間に接続され
ており、さらに二つの機械のうちの一つから発生する電
気的エネルギを他の機械に適した形態に変換すること
が、半導体回路を使用することによって達成され得る。
このように、車両を加速するためには、車両に結合され
ている発電機モードにおける同期機を電気的に減速さ
せ、このようにして発生した３相電流を、半導体回路を
使用することによって直流に変換させ、かつこの電流を
モータモードにおける直流電動機ヘ送ることによって、
回転するフライホイルからエネルギが引き出され得る。
この反対に、直流電動機を電気的に減速させることによ
って車両を減速させ、このようにして発生した直流を半
導体回路を使用することによって３相電流に変換させ、
この電流をモータモードにおける同期機ヘ送るために
は、発電機モードにおける回転する直流電動機に結合さ
れた移動する車両からエネルギが引き出され得る。これ
によって車両は加速され、車両は、それに結合されてい
るフライホイル内の車両を減速する際に放出されるエネ
ルギの大部分を格納する。
オン及びスイッチオフが可能である半導体構成素子を含
んでいるコンバータ回路は、車両の直流電動機と、はず
み車（フライホイル）に直接結合されかつ電気的機械の
ごとく、車両内に位置する３相同期機との間に接続され
ており、さらに二つの機械のうちの一つから発生する電
気的エネルギを他の機械に適した形態に変換すること
が、半導体回路を使用することによって達成され得る。
このように、車両を加速するためには、車両に結合され
ている発電機モードにおける同期機を電気的に減速さ
せ、このようにして発生した３相電流を、半導体回路を
使用することによって直流に変換させ、かつこの電流を
モータモードにおける直流電動機ヘ送ることによって、
回転するフライホイルからエネルギが引き出され得る。
この反対に、直流電動機を電気的に減速させることによ
って車両を減速させ、このようにして発生した直流を半
導体回路を使用することによって３相電流に変換させ、
この電流をモータモードにおける同期機ヘ送るために
は、発電機モードにおける回転する直流電動機に結合さ
れた移動する車両からエネルギが引き出され得る。これ
によって車両は加速され、車両は、それに結合されてい
るフライホイル内の車両を減速する際に放出されるエネ
ルギの大部分を格納する。
【０００３】例えば、直流電動機若しくは同期機を駆動
させるのに直接的に適しているか、又はコンバータ回路
若しくはこの種のコンバータにおける変換後にこの目的
を達成するために適しているかのいずれかの形態におい
ては、車両の運動によって生じて主として摩擦損失の形
態を有するこの装置のエネルギ損失と、フライホイルベ
アリングの摩擦損失と、機械及びコンバータ回路におけ
る電気的損失とは、車両の外側から電気的エネルギを送
ることによって定期的に補われるべきである。その際は
フライホイルと同期機とコンバータと直流電動機との上
記の組み合わせ、及びその上記の使用方法が、特にエネ
ルギ効率の良い車両駆動システムを構成する。
させるのに直接的に適しているか、又はコンバータ回路
若しくはこの種のコンバータにおける変換後にこの目的
を達成するために適しているかのいずれかの形態におい
ては、車両の運動によって生じて主として摩擦損失の形
態を有するこの装置のエネルギ損失と、フライホイルベ
アリングの摩擦損失と、機械及びコンバータ回路におけ
る電気的損失とは、車両の外側から電気的エネルギを送
ることによって定期的に補われるべきである。その際は
フライホイルと同期機とコンバータと直流電動機との上
記の組み合わせ、及びその上記の使用方法が、特にエネ
ルギ効率の良い車両駆動システムを構成する。
【０００４】フライホイルのために選択される最大回転
速度は、多量のエネルギを格納し得るように可能な限り
高い。同期機のフライホイルに直接接続されている回転
子では、この場合の「直接接続されている」という用語
は、同期機の回転子とフライホイルが単一の構成要素を
形成するという事実に関するが、これによって機械的見
解から、この回転子は高い回転速度を生じるのに適して
いるといえる。この種の回転子には永久磁石が設けられ
ており、かつ付勢目的のために、回転子に電気的エネル
ギを送る必要はないという有利な特性を有する回転子で
ある。しかしながら、モータの付勢は他の方法において
も達成され得る。
速度は、多量のエネルギを格納し得るように可能な限り
高い。同期機のフライホイルに直接接続されている回転
子では、この場合の「直接接続されている」という用語
は、同期機の回転子とフライホイルが単一の構成要素を
形成するという事実に関するが、これによって機械的見
解から、この回転子は高い回転速度を生じるのに適して
いるといえる。この種の回転子には永久磁石が設けられ
ており、かつ付勢目的のために、回転子に電気的エネル
ギを送る必要はないという有利な特性を有する回転子で
ある。しかしながら、モータの付勢は他の方法において
も達成され得る。
【０００５】このような比較的短周期のアプリケーショ
ンにおいて、例えば、上記の車両が公的輸送機能を有し
ている場合には、時間の短周期内でかなりの量の電気的
エネルギを機械的エネルギに変換すること、又はその反
対に変換することが必要とされる。このことは、コンバ
ータの制御に高い要求を課すことになる。この際にコン
バータは、コンバータに接続されている電気的機械の最
大負荷容量に応じて、フライホイルの全体的回転速度範
囲内、しかし特にその通常作動範囲内において有効であ
る高い電流周波数及び電圧周波数によって、できるだけ
大きな電力を常時確実に変換することが可能でなければ
ならない。
ンにおいて、例えば、上記の車両が公的輸送機能を有し
ている場合には、時間の短周期内でかなりの量の電気的
エネルギを機械的エネルギに変換すること、又はその反
対に変換することが必要とされる。このことは、コンバ
ータの制御に高い要求を課すことになる。この際にコン
バータは、コンバータに接続されている電気的機械の最
大負荷容量に応じて、フライホイルの全体的回転速度範
囲内、しかし特にその通常作動範囲内において有効であ
る高い電流周波数及び電圧周波数によって、できるだけ
大きな電力を常時確実に変換することが可能でなければ
ならない。
【０００６】上記のコンバータの他のアプリケーション
は、幹線電圧の一時的遮断を吸収できる遮断されない電
気的電力供給において見られる。
は、幹線電圧の一時的遮断を吸収できる遮断されない電
気的電力供給において見られる。
【０００７】２線式３相変換のためにスイッチオン及び
スイッチオフされ得る少なくとも六つの半導体構成素子
を備えたコンバータ回路においては、全ての半導体構成
素子のスイッチオン時間とスイッチオフ時間のどちらも
が制御回路によって決定されなければならない。さら
に、半導体構成素子が導通している間隔期間中は、ゲー
ト保持電流は供給されなければならない。
スイッチオフされ得る少なくとも六つの半導体構成素子
を備えたコンバータ回路においては、全ての半導体構成
素子のスイッチオン時間とスイッチオフ時間のどちらも
が制御回路によって決定されなければならない。さら
に、半導体構成素子が導通している間隔期間中は、ゲー
ト保持電流は供給されなければならない。
【０００８】直流が第１と第２の半導体構成素子の間を
整流するならば、純粋に自然な整流(purely natural co
mmutation)の場合の第１の半導体構成素子のためのスイ
ッチオフ指示は、第２の半導体構成素子への自然整流が
完成した後にのみ与えられるべきである。二つの半導体
構成素子が導通している場合、少なくとも整流角μの期
間内の制御信号の最小の重なり角は、整流が完成した後
に、第１の半導体構成素子の完全なスイッチオフを確実
とすることを必要とする。
整流するならば、純粋に自然な整流(purely natural co
mmutation)の場合の第１の半導体構成素子のためのスイ
ッチオフ指示は、第２の半導体構成素子への自然整流が
完成した後にのみ与えられるべきである。二つの半導体
構成素子が導通している場合、少なくとも整流角μの期
間内の制御信号の最小の重なり角は、整流が完成した後
に、第１の半導体構成素子の完全なスイッチオフを確実
とすることを必要とする。
【０００９】上記のことは、消弧先行(advance) 角βの
期間での第１の半導体構成素子のスイッチオフを確実と
する制御回路の設計を必要とする。
期間での第１の半導体構成素子のスイッチオフを確実と
する制御回路の設計を必要とする。
【００１０】従来のコンバータ回路においては、この目
的のために、整流完了後の位相内に生じたゼロを通った
相電流の通過は、相電流測定装置を使用することによっ
て検出され、その後にスイッチオフ指令が、制御回路に
よってこの位相内に生じる。第１の半導体構成素子のス
イッチオフの角度が１８０゜よりも大きい場合には、第
２の位相から第１の位相に戻る整流が生じるだろう。こ
の理由によって、強制整流が必要とされ、制御信号の重
なり角は、αが点弧角である最大値１８０゜−αに限定
されなければならない。
的のために、整流完了後の位相内に生じたゼロを通った
相電流の通過は、相電流測定装置を使用することによっ
て検出され、その後にスイッチオフ指令が、制御回路に
よってこの位相内に生じる。第１の半導体構成素子のス
イッチオフの角度が１８０゜よりも大きい場合には、第
２の位相から第１の位相に戻る整流が生じるだろう。こ
の理由によって、強制整流が必要とされ、制御信号の重
なり角は、αが点弧角である最大値１８０゜−αに限定
されなければならない。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】同期機、直流ソース、
及びコンバータの特定の組み合わせに関して、本発明の
目的は、エネルギの変換を制御するために、回転子位置
の測定及びコンバータの直流側上の直流のレベルにのみ
基づいた、点弧角αと、整流角μと、負荷角θとを決定
し得ることにある。この点において、用語「直流」はま
た、整流された交流若しくは３相電流、又は直流電圧ソ
ースから発生する任意の他の電流にも関する。
及びコンバータの特定の組み合わせに関して、本発明の
目的は、エネルギの変換を制御するために、回転子位置
の測定及びコンバータの直流側上の直流のレベルにのみ
基づいた、点弧角αと、整流角μと、負荷角θとを決定
し得ることにある。この点において、用語「直流」はま
た、整流された交流若しくは３相電流、又は直流電圧ソ
ースから発生する任意の他の電流にも関する。
【００１２】
【課題を解決するための手段】上記の目的を達成するた
めに、本発明による制御回路は、相電流の基本高調波を
考慮に入れただけの同期機のモデルに基づいて、直流の
任意値にも対する、コンバータ内の相電流ｉの整流角μ
の値を決定するように設計された計算手段を備えてお
り、半導体構成素子の点弧角αが（関係する整流角μに
よって、直流の任意値に関しても決定される）限度間に
設定される。これによって、点弧角αのための制御範囲
が、特に低い直流に対してかなり広げられる。
めに、本発明による制御回路は、相電流の基本高調波を
考慮に入れただけの同期機のモデルに基づいて、直流の
任意値にも対する、コンバータ内の相電流ｉの整流角μ
の値を決定するように設計された計算手段を備えてお
り、半導体構成素子の点弧角αが（関係する整流角μに
よって、直流の任意値に関しても決定される）限度間に
設定される。これによって、点弧角αのための制御範囲
が、特に低い直流に対してかなり広げられる。
【００１３】好ましい実施例においては、Ｌm 及びＬc
がそれぞれ同期インダクタンス及び整流インダクタンス
であり、Фが角周波数ωと同期機の電機子電圧Ｅとの間
の比例係数を表す以下の等式の解から、点弧角α、整流
角μ、及び負荷角θを決定するように計算手段が設計さ
れている。
がそれぞれ同期インダクタンス及び整流インダクタンス
であり、Фが角周波数ωと同期機の電機子電圧Ｅとの間
の比例係数を表す以下の等式の解から、点弧角α、整流
角μ、及び負荷角θを決定するように計算手段が設計さ
れている。
【００１４】
【数１】
【００１５】
【実施例】請求項及び利点は、以下の詳細な説明によっ
て理解されると共に、同様の参照記号が、同様の部分及
び数量を示す添付図面に関して考慮され、より容易に評
価される。
て理解されると共に、同様の参照記号が、同様の部分及
び数量を示す添付図面に関して考慮され、より容易に評
価される。
【００１６】図１は、その外周が巻線９を含んでいる固
定子溝８と境を画する固定子歯６を具備している、固定
されておりかつ実質的に円筒形の固定子４を有する同期
機を示している。内部周囲が永久磁石12の形態における
多数の極を具備している回転子10が、固定子４の周りを
回転することが可能である。回転子10の外周に取り付け
られているのはフライホイル本体14である。
定子溝８と境を画する固定子歯６を具備している、固定
されておりかつ実質的に円筒形の固定子４を有する同期
機を示している。内部周囲が永久磁石12の形態における
多数の極を具備している回転子10が、固定子４の周りを
回転することが可能である。回転子10の外周に取り付け
られているのはフライホイル本体14である。
【００１７】永久磁石機と相互作用する場合には、直流
−３相電流コンバータの動作を説明するために、機械の
整流インダクタンスを用いずに、円筒形回転子を有する
同期機を安定状態にさせるためのモデルとして公知のご
とき簡略化された等価回路図が使用されるだろう。
−３相電流コンバータの動作を説明するために、機械の
整流インダクタンスを用いずに、円筒形回転子を有する
同期機を安定状態にさせるためのモデルとして公知のご
とき簡略化された等価回路図が使用されるだろう。
【００１８】図２は、同期機の単相等価回路図を示して
おり、ここではＥが電機子電圧を示し、Ｉが電流の基本
高調波を示し、Ｕ´が仮想位相端子電圧の高調波を示し
ている。巻線の抵抗は、無視できるほど小さいと仮定さ
れる。同期インダクタンスはＬm によって示され、整流
インダクタンスは、初期過渡インダクタンスに実質的に
等価であり、これはＬc によって示される。関係するベ
クトル図が、図３に示されている。角周波数ωを有する
電流Ｉが、角度φだけ電圧Ｕ´から遅れる。負荷角はθ
によって示されているが、電流を切り換える半導体構成
素子のための点弧角がαによって示されている。図３に
おけるベクトル図によれば、基本高調波数の間の関係
は、
おり、ここではＥが電機子電圧を示し、Ｉが電流の基本
高調波を示し、Ｕ´が仮想位相端子電圧の高調波を示し
ている。巻線の抵抗は、無視できるほど小さいと仮定さ
れる。同期インダクタンスはＬm によって示され、整流
インダクタンスは、初期過渡インダクタンスに実質的に
等価であり、これはＬc によって示される。関係するベ
クトル図が、図３に示されている。角周波数ωを有する
電流Ｉが、角度φだけ電圧Ｕ´から遅れる。負荷角はθ
によって示されているが、電流を切り換える半導体構成
素子のための点弧角がαによって示されている。図３に
おけるベクトル図によれば、基本高調波数の間の関係
は、
【００１９】
【数２】
【００２０】
【数３】
【００２１】図１に示されている同期機２では、電圧Ｅ
は永久磁石12によって誘導され、かつこの電圧は、結合
した磁束及び角周波数ωに比例する。計算すると、電圧
Ｅと角周波数ωの関係は定数Фを用いて以下に示され
る。
は永久磁石12によって誘導され、かつこの電圧は、結合
した磁束及び角周波数ωに比例する。計算すると、電圧
Ｅと角周波数ωの関係は定数Фを用いて以下に示され
る。
【００２２】
【数４】
【００２３】一定直流が、コンバータの切り換え動作に
よって機械の位相上に分散される。切り換えの間隔μの
期間での電機子の巻線内の電流の整流は、図２の等価回
路図に他の等価回路図の部分を加えることによって、モ
デル別に考慮される。これによって、図４によって示さ
れている等価回路図を生成する。図４では、
よって機械の位相上に分散される。切り換えの間隔μの
期間での電機子の巻線内の電流の整流は、図２の等価回
路図に他の等価回路図の部分を加えることによって、モ
デル別に考慮される。これによって、図４によって示さ
れている等価回路図を生成する。図４では、
【００２４】
【数５】
【００２５】となり、ここでは、ｉν=1が、電機子電流
ｉの基本高調波に関係していることを示している。整流
が生じない間隔期間は、機械端子の電圧Ｖが、
ｉの基本高調波に関係していることを示している。整流
が生じない間隔期間は、機械端子の電圧Ｖが、
【００２６】
【数６】
【００２７】図５は、六つの半導体構成素子 21-26を備
えている２線式３相電流／直流コンバータ回路の部分を
示している。３相電流側の３つの内部相電圧は、位相
Ｕ、Ｖ及びＷの交流電圧ソース27-29 によってそれぞれ
表されている。コンバータの作動においては対称形であ
るために、一つの整流間隔を考慮するだけでよい（例え
ば、半導体構成素子21から半導体構成素子22へ整流が生
じる）。整流の期間中は直流側上の電流Ｉd は一定した
ままであると仮定され、次の式が当てはまる。
えている２線式３相電流／直流コンバータ回路の部分を
示している。３相電流側の３つの内部相電圧は、位相
Ｕ、Ｖ及びＷの交流電圧ソース27-29 によってそれぞれ
表されている。コンバータの作動においては対称形であ
るために、一つの整流間隔を考慮するだけでよい（例え
ば、半導体構成素子21から半導体構成素子22へ整流が生
じる）。整流の期間中は直流側上の電流Ｉd は一定した
ままであると仮定され、次の式が当てはまる。
【００２８】
【数７】
【００２９】図６が示すように、半導体構成素子21から
電流の半導体構成素子22への整流はωｔ＝αの時に始ま
り、整流は、ωｔ＝α＋μの時に停止する。
電流の半導体構成素子22への整流はωｔ＝αの時に始ま
り、整流は、ωｔ＝α＋μの時に停止する。
【００３０】等式(VIII)及び(IX)から次の式が求められ
る。
る。
【００３１】
【数８】
【００３２】従って以下のようになる
【００３３】
【数９】
【００３４】位相Ｖでの iv の電流波形の半波が図６に
示されている。この半波は、増加部分(a) 、一定値Ｉd
(b) を有する部分、及び減少部分 (c)を備えている。
示されている。この半波は、増加部分(a) 、一定値Ｉd
(b) を有する部分、及び減少部分 (c)を備えている。
【００３５】等式(VIII)及び(IX)から、部分(a) におけ
る電流は次のように求められる。
る電流は次のように求められる。
【００３６】
【数１０】
【００３７】減少部分(c) の電流は、（位相Ｖから位相
Ｗへの整流の瞬時における）遅れ角２π/3を含む等式(X
III)を、値Ｉd から引き算することによって容易に求め
られる。
Ｗへの整流の瞬時における）遅れ角２π/3を含む等式(X
III)を、値Ｉd から引き算することによって容易に求め
られる。
【００３８】
【数１１】
【００３９】等式(XII) から求められるＩd の値の代入
から次のようになる。
から次のようになる。
【００４０】
【数１２】
【００４１】図７は、相電流ｉにおける変形を示してい
る。さらに等式(IV)による仮想位相電圧ｕ´（ωｔ）に
おける変形が破線によって、図１に示されている同期機
について示されている。従って移相φと、一点鎖線によ
って示されている相電流ｉの基本高調波の振幅とが計算
される。
る。さらに等式(IV)による仮想位相電圧ｕ´（ωｔ）に
おける変形が破線によって、図１に示されている同期機
について示されている。従って移相φと、一点鎖線によ
って示されている相電流ｉの基本高調波の振幅とが計算
される。
【００４２】上記においては、時間角の原点はα＝０゜
で選択されている。移相φを計算するためには、図７に
示されているように、角度π／6 が考慮に入れられるべ
きであり、これによって、電流の増加部分(a) 期間中は
以下の式が当てはまる。
で選択されている。移相φを計算するためには、図７に
示されているように、角度π／6 が考慮に入れられるべ
きであり、これによって、電流の増加部分(a) 期間中は
以下の式が当てはまる。
【００４３】
【数１３】
【００４４】一定部分(b) においては、以下の式が当て
はまり、
はまり、
【００４５】
【数１４】
【００４６】さらに減少部分(c) では、以下の式が当て
はまる。
はまる。
【００４７】
【数１５】
【００４８】相電流ｉの基本高調波は以下のように表さ
れる。
れる。
【００４９】
【数１６】
【００５０】ａ1 及びｂ2 の計算は以下の結果を導く。
【００５１】
【数１７】
【００５２】これによって、
【００５３】
【数１８】
【００５４】等式(XX), (XXII), (XXIII),及び(X) から
基本高調波相電流の実効値 (rms)値に関して以下の式が
求められる。
基本高調波相電流の実効値 (rms)値に関して以下の式が
求められる。
【００５５】
【数１９】
【００５６】等式(I) 及び(II)から以下の式が求められ
る。
る。
【００５７】
【数２０】
【００５８】この点において、図３に示されているベク
トル図における角度αは、等式(XXIV)及び(XXV) に用い
られた点弧角αに等しいことが指摘される。
トル図における角度αは、等式(XXIV)及び(XXV) に用い
られた点弧角αに等しいことが指摘される。
【００５９】等式(XXV) ,(XXIV),及び(XXVII) を組み合
わせると以下のようになる。
わせると以下のようになる。
【００６０】
【数２１】
【００６１】等式(III),(X),(XII),及び(XXVI)から、第
３の関係をこの角度間に求めることが可能である。
３の関係をこの角度間に求めることが可能である。
【００６２】
【数２２】
【００６３】等式(XXIV)、(XXVIII), 及び(XXIX)は、角
度α、μ、及びθと、所与の機械パラメータのための直
流Ｉd との間の関係を表す。
度α、μ、及びθと、所与の機械パラメータのための直
流Ｉd との間の関係を表す。
【００６４】従って、
【００６５】
【数２３】
【００６６】所与のＩd 及びα1 のためのα、μ、及び
θを計算することが可能である。
θを計算することが可能である。
【００６７】図８は、角度α1 、α、θ、μ、及びβ
と、負荷されてないとき（破線）と負荷されているとき
（実線）の仮想端子電圧Ｕ´vuの波形の関係を示してい
る。
と、負荷されてないとき（破線）と負荷されているとき
（実線）の仮想端子電圧Ｕ´vuの波形の関係を示してい
る。
【００６８】コンバータの半導体構成素子の消弧時間
は、消弧先行角度βによって決定された間隔期間内にあ
るべきである（図８参照）。これは、消弧時間が整流を
妨害しないこと、又は端子電圧が反転した時間の後に起
こることを確実とする。一定直流Ｉd に用いられる最大
整流角μは、コンバータがα＝０゜又はβ＝０゜で作動
する時に生じる。一定直流Ｉd に等しい、α＝０゜及び
β＝０゜に関する最大整流角μmax は、直流Ｉd の関数
として、図９の特定の同期機について示されている。
は、消弧先行角度βによって決定された間隔期間内にあ
るべきである（図８参照）。これは、消弧時間が整流を
妨害しないこと、又は端子電圧が反転した時間の後に起
こることを確実とする。一定直流Ｉd に用いられる最大
整流角μは、コンバータがα＝０゜又はβ＝０゜で作動
する時に生じる。一定直流Ｉd に等しい、α＝０゜及び
β＝０゜に関する最大整流角μmax は、直流Ｉd の関数
として、図９の特定の同期機について示されている。
【００６９】計算された関数は、コンバータにおける半
導体構成素子のスイッチオフの瞬時を決定するために用
いられ得る。図９に示されているように、μd ＝μmax
の半導体構成素子の制御信号における整流角は、コンバ
ータが安定状態において作動しているならば、どんな状
態の下でも整流の妨害を阻止するために十分である。端
子電圧が極性反転される前の半導体構成素子のスイッチ
オフは、点弧角α1 が間隔内にあることを確実とするこ
とによって達成され得る。
導体構成素子のスイッチオフの瞬時を決定するために用
いられ得る。図９に示されているように、μd ＝μmax
の半導体構成素子の制御信号における整流角は、コンバ
ータが安定状態において作動しているならば、どんな状
態の下でも整流の妨害を阻止するために十分である。端
子電圧が極性反転される前の半導体構成素子のスイッチ
オフは、点弧角α1 が間隔内にあることを確実とするこ
とによって達成され得る。
【００７０】
【数２４】
【００７１】α＝０゜（α1 ,0）及びβ＝０゜（α
1,180 ）に関するα1,limit の値の計算結果が、図10の
特定の同期機に関して示されている。このことから、コ
ンバータの制御範囲は、その最大値よりも低い直流Ｉd
の全ての値に関する制御範囲の上限及び下限が、それぞ
れα＝０゜及びβ＝０゜によって示されている線によっ
て決定されるが、従来の技術で達成される制御範囲に対
してかなり拡大され、かつその下限及び上限が、それぞ
れ30及び31によって示される破線によって形成されてい
る。
1,180 ）に関するα1,limit の値の計算結果が、図10の
特定の同期機に関して示されている。このことから、コ
ンバータの制御範囲は、その最大値よりも低い直流Ｉd
の全ての値に関する制御範囲の上限及び下限が、それぞ
れα＝０゜及びβ＝０゜によって示されている線によっ
て決定されるが、従来の技術で達成される制御範囲に対
してかなり拡大され、かつその下限及び上限が、それぞ
れ30及び31によって示される破線によって形成されてい
る。
【００７２】図11は、図５に示されている図のごとき、
コンバータ回路の制御に関する図を示している。ここで
図示されているコンバータ回路40は、一つが三つのリー
ド線41a 及び41b を介して同期機２に接続されており、
他が二つのリード線 42a及び42b を介して直流電動機
（図示されてない）に接続されている。この際、この直
流電動機には、コンバータ回路40によって電流Ｉd が送
られる。直流測定装置43は電流Ｉd の値を測定し、この
値がリード線44を介してコンパレータ45に送られ、この
コンパレータ45において、実際に発生する値Ｉd は、リ
ード線46を介して供給される電流設一定値と比較され
る。コンパレータ45の比較から生じる出力信号は、リー
ド線47を介して計算手段48に送られ、ここで角度α、
μ、及びθが、等式(XXIV),(XXVIII),及び(XXIX)に基づ
いて、上記の出力信号を使用することによって決定され
る。
コンバータ回路の制御に関する図を示している。ここで
図示されているコンバータ回路40は、一つが三つのリー
ド線41a 及び41b を介して同期機２に接続されており、
他が二つのリード線 42a及び42b を介して直流電動機
（図示されてない）に接続されている。この際、この直
流電動機には、コンバータ回路40によって電流Ｉd が送
られる。直流測定装置43は電流Ｉd の値を測定し、この
値がリード線44を介してコンパレータ45に送られ、この
コンパレータ45において、実際に発生する値Ｉd は、リ
ード線46を介して供給される電流設一定値と比較され
る。コンパレータ45の比較から生じる出力信号は、リー
ド線47を介して計算手段48に送られ、ここで角度α、
μ、及びθが、等式(XXIV),(XXVIII),及び(XXIX)に基づ
いて、上記の出力信号を使用することによって決定され
る。
【００７３】一方では、直接的に、又は挿入後、又はコ
ンバータの作動期間中に実行可能であるように、公知の
機械特性に基づいて前もって角度α、μ、及びθの可能
な組み合わせを計算し、かつ表形式、又は計算手段にお
ける同様の方法において、これらのデータを記憶するこ
とが可能である。他方では、角度α、μ、及びθもま
た、一つ以上の十分に高速なプロセッサが計算手段内に
あるか又は組み込まれている場合には、コンバータの作
動期間の実時間内において計算され得る。
ンバータの作動期間中に実行可能であるように、公知の
機械特性に基づいて前もって角度α、μ、及びθの可能
な組み合わせを計算し、かつ表形式、又は計算手段にお
ける同様の方法において、これらのデータを記憶するこ
とが可能である。他方では、角度α、μ、及びθもま
た、一つ以上の十分に高速なプロセッサが計算手段内に
あるか又は組み込まれている場合には、コンバータの作
動期間の実時間内において計算され得る。
【００７４】点弧角αが、リード線49を介してパルスシ
ーケンス制御回路50に送られ、パルスシーケンス制御回
路50には、回転子位置検知器52から発生する回転子位置
測定信号もリード線51を介して送られる。この回転子位
置検知器52は、その固定子に関する同期機２の回転子の
位置を検知する。パルスシーケンス制御回路50ではゲー
ト制御パルスが次に、各半導体構成素子が制御されるよ
うに形成され、リード線53a-53f を介してコンバータ回
路40に伝送される。
ーケンス制御回路50に送られ、パルスシーケンス制御回
路50には、回転子位置検知器52から発生する回転子位置
測定信号もリード線51を介して送られる。この回転子位
置検知器52は、その固定子に関する同期機２の回転子の
位置を検知する。パルスシーケンス制御回路50ではゲー
ト制御パルスが次に、各半導体構成素子が制御されるよ
うに形成され、リード線53a-53f を介してコンバータ回
路40に伝送される。
【００７５】回転子位置測定信号によって、回転子回転
速度と、これに応じた同期機の単位度（電気的）当たり
の時間と、各半導体構成素子の点弧時間の決定のための
基本時間とを共に決定することが可能である。
速度と、これに応じた同期機の単位度（電気的）当たり
の時間と、各半導体構成素子の点弧時間の決定のための
基本時間とを共に決定することが可能である。
【００７６】パルスシーケンス制御回路50は、それ自体
が公知のカウンタを備えており、このカウンタの中に、
各ゲート制御パルスの開始時間及び期間が負荷され得
る。
が公知のカウンタを備えており、このカウンタの中に、
各ゲート制御パルスの開始時間及び期間が負荷され得
る。
【００７７】この好ましい実施例において本発明は記述
されかつ図示されてきたが、本文に開示された詳細に限
定されることはなく、本発明の主旨範囲内でを変形され
ることもあることは理解されるだろう。
されかつ図示されてきたが、本文に開示された詳細に限
定されることはなく、本発明の主旨範囲内でを変形され
ることもあることは理解されるだろう。
【図１】内部固定子及び外部永久磁石回転子を有する同
期機の概略的部分横断面図である。
期機の概略的部分横断面図である。
【図２】図１に示されている機械の単相電気等価回路図
である。
である。
【図３】図２に示されている等価回路図に関係するベク
トル図である。
トル図である。
【図４】図２に示されている等価回路を示しており、同
期機に接続されているコンバータ回路において機械内に
流れる電流の整流の期間に、同期機の動作を説明するた
めに回路が付加されている場合の図である。
期機に接続されているコンバータ回路において機械内に
流れる電流の整流の期間に、同期機の動作を説明するた
めに回路が付加されている場合の図である。
【図５】同期機に接続されているコンバータ回路の電気
回路図である。
回路図である。
【図６】図５に示されているコンバータ回路の相電流 i
v の波形の部分を示す図である。
v の波形の部分を示す図である。
【図７】図５によるコンバータ回路の相電流ｉの波形の
部分を再び示す図である。
部分を再び示す図である。
【図８】種々の角度間の相互関係を示す図である。
【図９】コンバータ回路の直流側上の直流Ｉd と、特定
の回路構成のための整流角の最大値との関係を示す図で
ある。
の回路構成のための整流角の最大値との関係を示す図で
ある。
【図１０】点弧角の限定値と、図９がベースとしている
回路構成のための直流Ｉd との関係を示す図である。
回路構成のための直流Ｉd との関係を示す図である。
【図１１】コンバータ回路の制御を概略的に示す図であ
る。
る。
２ 同期機 ４ 固定子 ６ 固定子歯 ８ 固定子溝 ９ 巻線 １０ 回転子 １２ 永久磁石 １４ フライホイル本体
Claims (2)
- 【請求項１】 スイッチオン及びスイッチオフが可能で
あり、かつ直流を３相電流に変換するためのコンバータ
回路の一部をなす半導体構成素子のための制御回路であ
って、前記コンバータ回路が、直流ソースと、円筒形回
転子を有する同期機の固定子との間に接続されており、
前記制御回路が、前記同期機の前記固定子に対する前記
回転子の位置を検知するための回転子位置検知器と、直
流のレベルを測定するための直流測定装置とを備えてお
り、相電流ｉの基本高調波だけを考慮に入れた前記同期
機のモデルに基づいて、直流Ｉd の任意値に関しても、
前記コンバータ内の前記相電流ｉの整流角μの値を決定
するように設計された計算手段をさらに備えており、前
記半導体構成素子の点弧角αが、関連する整流角μによ
って、前記直流Ｉd の任意値に関しても決定される限度
間に設定されていることを特徴とする直流／３相電流コ
ンバータのための制御回路。 - 【請求項２】 Ｌm 及びＬc がそれぞれ同期インダクタ
ンス及び整流インダクタンスであり、Фが角周波数ωと
同期機の電機子電圧Ｅとの間の比例係数を表す以下の等
式の解から、点弧角α、整流角μ、及び負荷角θを決定
するように前記計算手段が設計されていることを特徴と
する請求項１に記載の制御回路： 【数１】
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| NL9101204A NL9101204A (nl) | 1991-07-09 | 1991-07-09 | Stuurketen voor gelijkstroom-draai-stroomomzetter. |
| NL9101204 | 1991-07-09 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH05199789A true JPH05199789A (ja) | 1993-08-06 |
Family
ID=19859491
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP4182668A Pending JPH05199789A (ja) | 1991-07-09 | 1992-07-09 | 直流／３相電流コンバータのための制御回路 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US5241254A (ja) |
| EP (1) | EP0522657A1 (ja) |
| JP (1) | JPH05199789A (ja) |
| CA (1) | CA2073469A1 (ja) |
| NL (1) | NL9101204A (ja) |
Families Citing this family (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US5420492A (en) * | 1993-01-14 | 1995-05-30 | Emerson Electric Co. | Method and apparatus of operating a dynamoelectric machine using DC bus current profile |
| US5483136A (en) * | 1994-05-27 | 1996-01-09 | Emerson Electric Co. | EMI filter and method |
| AU6026096A (en) * | 1995-06-06 | 1996-12-24 | Magnetic Bearing Technologies, Inc. | Pulsed power rotary amplifier |
| SG10201710035XA (en) | 2013-11-19 | 2018-01-30 | Hyun Chang Lee | Mobile electric leakage detection device and method |
Family Cites Families (8)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US3609509A (en) * | 1970-03-11 | 1971-09-28 | Gen Electric | Feedback control for cycloconverter |
| DE3007221C2 (de) * | 1980-02-22 | 1986-05-15 | Licentia Patent-Verwaltungs-Gmbh, 6000 Frankfurt | Anordnung zur Schonzeitregelung einer stromrichtergespeisten Synchronmaschine |
| US4495451A (en) * | 1981-01-06 | 1985-01-22 | Barnard Maxwell K | Inertial energy interchange system with energy makeup by combustion engine on demand |
| US4449087A (en) * | 1981-12-23 | 1984-05-15 | General Electric Company | Flux feedback firing control for a load commutated inverter |
| US4443747A (en) * | 1982-04-01 | 1984-04-17 | General Electric Company | Transitioning between multiple modes of inverter control in a load commutated inverter motor drive |
| DE3381926D1 (de) * | 1983-04-14 | 1990-11-08 | Heidelberg Goetz | Verwendung eines fahrzeugs als stromerzeugungsaggregat fuer fahrzeugfremde stromverbraucher. |
| US4654572A (en) * | 1984-05-04 | 1987-03-31 | Kabushiki Kaisha Toshiba | Load-commutated inverter for operating synchronous motor |
| US4539514A (en) * | 1984-07-02 | 1985-09-03 | General Electric Company | Start-up control for an induction motor drive |
-
1991
- 1991-07-09 NL NL9101204A patent/NL9101204A/nl not_active Application Discontinuation
-
1992
- 1992-07-07 EP EP92202076A patent/EP0522657A1/en not_active Withdrawn
- 1992-07-08 CA CA002073469A patent/CA2073469A1/en not_active Abandoned
- 1992-07-09 JP JP4182668A patent/JPH05199789A/ja active Pending
- 1992-07-09 US US07/911,290 patent/US5241254A/en not_active Expired - Fee Related
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| EP0522657A1 (en) | 1993-01-13 |
| US5241254A (en) | 1993-08-31 |
| NL9101204A (nl) | 1993-02-01 |
| CA2073469A1 (en) | 1993-01-10 |
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