JPH0586152B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 ［発明の技術分野］ 本発明は、同期電動機の可変速制御を行なうサ
イリスタモータドライブシステムの低速領域の運
転特性を改善することができる同期電動機の制御
装置に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］ サイリスタモータドライブシステムは同期電動
機を可変速運転するモータドライブシステムとし
て各分野に採用されている。特に同期電動機の逆
起電圧を利用してサイリスタモータのインバータ
の負荷転流を行なうため、主回路構成が簡単で主
回路の高電圧化も容易で高効率運転ができるた
め、大容量電動機の可変速運転に最適である。こ
のサイリスタモータドライブシステムの構成例を
第３図に示す。

この図で、１１は入力交流電源、１２は整流
器、１３は直流リアクトル、１４はインバータ、
１５は同期電動機、１６は速度基準設定器、１７
は同期電動機１５の界磁の位置を検出する位置検
出器、１８は速度制御器、１９は電流制御器、２
０は電流検出器、２１は位相制御器、２２はβ制
御器、２３は電流断続指令器である。第３図のサ
イリスタモータドライブシステムは公知のドライ
ブシステムであるが、概要を次に説明する。入力
交流電源１１の交流電力を整流器１２によつて直
流電力に変換し、この直流電力を直流リアクトル
１３で平滑化し、インバータ１４で直流電力を可
変周波数の交流電力に逆変換する。この逆変換し
た交流電力を同期電動機１５に供給して同期電動
機１５を可変速運転する。交流電動機１５の運転
速度は速度基準設定器１６で設定し、この速度基
準の信号と位置検出器１７で検出した同期電動機
１５の運転速度信号を速度制御器１８で比較制御
し、速度制御器１８で電流基準を出力する。この
電流基準信号と電流検出器２０の検出信号を電流
制御器１９で比較制御し、位相制御器２１を介し
て整流器１２の出力する直流電力を調整する。こ
の直流電力を増加すれば同期電動機１５は発生ト
ルクが増加し増速し、直流電力を減少すれば同様
に同期電動機１５は減速する。同期電動機１５は
位置検出器１７によつて界磁の位置を検出し、β
制御器２２にこの位置信号を入力し、β制御器２
２はこの位置信号によつてインバータ１４の負荷
転流タイミングを制御し、インバータ１４は同期
電動機１５の逆起電圧を利用して負荷転流を行な
う。

以上説明の方法で同期電動機１５の速度制御を
行なうが、同期電動機１５の低速領域では逆起電
圧が低いため、インバータ１４は低速運転領域で
前記する負荷転流を行なうことができない。この
ため、このような低速運転領域では位置検出器１
７の位置検出信号に対応したインバータ１４の転
流タイミングごとに電流断続指令器２３によつて
電流制御器１９を制御し、これにより整流器１２
の出力する直流電流を零に制御し、インバータ１
４の電流も転流タイミングごとに零にして、順次
このような動作をくり返しながら同期電動機１５
を加速する。このような転流方法をサイリスタモ
ータドライブシステムでは断続始動と呼び、定格
速度の約10％速度以下で断続始動を一般的に使用
している。

この断続始動時の直流リアクトル１３を流れる
直流電流波形を第４図ａに、この時の同期電動機
１５の発生トルクを第４図ｂに図示する。同期電
動機１５の始動直後のように運転速度が低い時に
は、直流電流を零に絞つている期間は相対的に無
視できる。例えば第４図ａで時刻t11より時刻t12
まで直流電流Id1を流し、時刻t12より時刻t21ま
で直流電流を零にする。また時刻t21より時刻t22
まで直流電流Id1を流す。同様に順次電流を継続
させながら同期電動機１５を加速していき、時刻
t51より時刻t52まで直流電流を流し、時刻t52よ
り時刻t61まで直流電流を零にする。さらに同期
電動機１５が加速して所定の運転速度になる時刻
t81でインバータ１４が負荷転流に切換るから直
流電流は連続的になる。この断続始動時直流電流
を零にする時刻t12より時刻t21までと時刻t52よ
り時刻t61までの時間はインバータ１４の条件で
決るから一定である。従つて時刻t11より時刻t21
までと、時刻t51より時刻t61までとの平均電流を
比較すると後者の期間の方が大幅に直流電流の平
均値が少なくなる。

従つて同期電動機１５の発生トルクは直流電流
の平均値に対応するから、第４図ｂの如く同期電
動機１５の運転速度が上昇するほど低下する。こ
の時整流器１２の出力電流の立上りを直流リアク
トル１３が抑制しようとするから、同期電動機１
５の運転速度が上昇するに従つて益々この傾向が
激しくなる。従つて時刻t11付近に比較して時刻
t81付近では急速に前記発生トルクが大幅に低下
する。

以上の如く動作する従来のサイリスタモータド
ライブシステムでは、次に述べる技術的問題があ
つた。

(1) 断続始動中には前記のごとく、同期電動機１
５の発生トルクが大きく脈動し、トルクリツプ
ルが急増し、同期電動機１５を含む機械系に悪
影響を与える。

(2) この断続始動領域で発生トルクリツプルが大
幅に減少する結果なめらかな始動、加速ができ
ない。

［発明の日的］ 本発明は前記の従来技術の欠点に鑑みてなされ
たもので、従来断続始動が行なわれていた低速領
域で、同期電動機の発生トルクリツプルを減少さ
せ、なめらかな運転を行なうことができる同期電
動機の制御装置を提供することを目的としてい
る。

［発明の概要］ 本発明では断続始動が行なわれていた低速領域
では、従来の負荷転流を行なう周波数変換装置と
並列に強制転流の周波数変換装置を接続して、断
続始動中は両方の周波数変換装置を運転する。こ
れにより同期電動機に供給する電機子電流波形を
改善して、同期電動機の発生トルクリツプルの増
大と発生トルクの減少を抑制する。前記電機子電
流の改善方法としては、次の方法がある。

(1) 負荷転流を行なう周波数変換装置の断続始動
による電機子電流の不足分を強制転流の周波数
変換装置より電流を供給して波形補正を行な
う。

(2) 前記両方の周波数変換装置を並列運転して電
流波形改善を行なう。

(3) 断続始動領域では強制転流の周波数変換装置
のみを運転する。

［発明の実施例］ 本発明の一実施例を第１図に示す。この図で第
３図と同じ番号を符した各回路構成要素は、従来
の第３図と同一機能であり、ここでは説明を省略
する。この図で、２４は整流器、２５は直流リア
クトル、２６はフイルタコンデンサ、２７はイン
バータ、１００は負荷転流を行なう周波数変換装
置、２００は強制転流を行なう周波数変換装置で
ある。

第１図において、整流器２４は入力交流電源１
１の交流電力を直流電力に順変換し、直流リアク
トル２５とフイルタコンデンサ２６で平滑化す
る。この直流電力はインバータ２７によつて再び
交流電力に変換される。インバータ２７は強制転
流回路による転流を行なうか、同電力用トランジ
スタなどのような自己消弧形電力変換素子を使用
して転流を行なう強制転流インバータである。負
荷転流を行なう周波数変換装置１００は前記の断
続始動領域を越える運転領域では常時主体的に運
転され、前記の如く同期電動機１５を可変制御す
る。他方前記の断続始動領域を中心に強制転流を
行なう周波数変換装置２００は運転される。この
様子を第２図を使用して説明する。

第２図において、ａは負荷転流を行なう周波数
変換装置１００の出力電流波形、ｂは強制転流を
行なう周波数変換装置２００の出力電流波形、ｃ
は同期電動機１５に供給される電機子電流波形を
図示している。前記するように同期電動機１５の
断続始動を行なう時、負荷転流を行なう周波数変
換装置１００の出力電流波形は120゜方形波から転
流タイミングごとに電流波形が欠ける。強制転流
を行なう周波数変換装置２００は前記するインバ
ータ１４の転流のタイミングごとに運転し、この
インバータ１４の転流によつて同期電動機１５の
電流が不足する分を第２図ｂに図示するように供
給する。図示するように電流インパルスをインバ
ータ２７より供給することは、インバータ２７が
前記のように強制転流方式であるため容易であ
る。この結果、同期電動機１５に供給される電機
子電流は第２図ｃに図示するように120゜方形波電
流に波形改善できる。

同期電動機１５の断続始動中、負荷転流方式の
周波数変換装置１００と、強制転流方式の周波数
変換装置２００を前記のように運転すると、同期
電動機１５の電機子電流波形が改善され、断続始
動中の同期電動機１５の発生トルクの減少や発生
トルクリツプルの増大を抑制できる。

［他の実施例］ 本発明では負荷転流方式の周波数変換装置１０
０と、強制転流方式の周波数変換装置２００の運
転方法を第２図に図示する方法のみに限定するも
のではなく、次の方法としても良い。

(1) 断続始動領域では、強制転流を行なう周波数
変換装置２００を、負荷転流を行なう周波数変
換装置１００と並列運転し、同期電動機１５に
供給する電機子電流波形を120゜方形波電流波形
より改善する。

(2) 断続始動領域では、強制転流を行なう周波数
変換装置２００のみを運転して、同期電動機１
５に供給する電機子電流波形を120゜方形波電流
波形より改善する。

本発明の他の実施例としては、強制転流方式の
周波数変換装置２００の出力に機械的または電気
的な開閉器を設けて、断続始動領域を越える同期
電動機１５の運転領域では、強制転流方式の周波
数変換装置２００を切離すようにしても良い。こ
のようにシステム構成すれば、強制転流方式の周
波数変換装置２００は、電圧定格が同期電動機１
５の約1/10以下で良いため、コンパクトで経済的
なシステムを構成できる。

その他、強制転流方式の周波数変換装置２００
は、負荷転流方式の周波数変換装置１００の過電
圧抑制回路として高速運転領域で使用しても良
い。

強制転流方式の周波数変換装置２００は、第１
図に図示するような回路構成に限定するものでは
なく、交流→交流変換の周波数変換装置であつて
も良い。また負荷転流方式の周波数変換装置１０
０が６パルスか12パルス構成か、負荷転流を行な
うため電機子電流がどの程度位相を進めているか
などの構成を限定するものではない。

その他本発明の要旨を変換しない範囲におい
て、各種の変形例を構成できる。

［発明の効果］ 本発明によれば、コンパクトで経済的な強制転
流方式の周波数変換装置を、負荷転流方式の周波
数変換装置と断続運転領域で並列的に運転し、こ
の運転領域で同期電動機の電機子電流波形を改善
し、同期電動機の発生トルクリツプルの増加と、
発生トルクの減少を抑制できる同期電動機の制御
装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示すブロツク図、
第２図は本発明の実施例による電流波形を示した
図、第３図は従来の同期電動機の制御装置のブロ
ツク図、第４図は第３図の低速領域の直流電流と
発生トルクの波形図である。 １１…入力交流電源、１２…整流器、１３…直
流リアクトル、１４…インバータ、１５…同期電
動機、１６…速度基準、１７…位相検出器、１８
…速度制御器、１９…電流制御器、２０…電流検
出器、２１…位相制御器、２２…β制御器、２３
…電流断続指令器、２４…整流器、２５…直流リ
アクトル、２６…フイルタコンデンサ、２７…イ
ンバータ、１００…負荷転流方式の周波数変換装
置、２００…強制転流方式の周波数変換装置。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流電力を直流電力に変換する整流器、この
   整流器の直流出力を平滑するリアクトル及びこの
   リアクトルを通して得られる直流電力を交流電力
   に変換するインバータから構成され、同期電動機
   の端子電圧位相を判別して、力行運転動作時に進
   み位相の電機子電流を供給する負荷転流方式の周
   波数変換装置と並列的に強制転流方式の周波数変
   換装置を設け、前記同期電動機の低速運転領域
   で、前記負荷転流方式の周波数変換装置を電流断
   続始動する際、前記強制転流方式の周波数変換装
   置を運転して、前記負荷転流方式の周波数変換装
   置の整流器が絞り動作している時間に不足する電
   流を前記同期電動機に補給することを特徴とする
   同期電動機の制御装置。 ２ 交流電力を直流電力に変換する整流器、この
   整流器の直流出力を平滑するリアクトル及びこの
   リアクトルを通して得られる直流電力を交流電力
   に変換するインバータから構成され、同期電動機
   の端子電圧位相を判別して、力行運動動作時に進
   み位相の電機子電流を供給する負荷転流方式の周
   波数変換装置と並列的に強制転流方式の周波数変
   換装置を設け、前記同期電動機の低速運転領域
   で、前記負荷転流方式の周波数変換装置を電流断
   続始動する際、前記強制転流方式の周波数変換装
   置を運転して、前記負荷転流方式の周波数変換装
   置の整流器が絞り動作している時間に不足する電
   流を前記同期電動機に補給し、前記同期電動機の
   回転速度が前記低速領域を越えたとき、前記強制
   転流方式の周波数変換装置を前記負荷転流方式の
   周波数変換装置から切離すことを特徴とする同期
   電動機の制御装置。