JPH07123781A - Brushless excitation controller for variable speed synchronous motor - Google Patents

Brushless excitation controller for variable speed synchronous motor

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JPH07123781A
JPH07123781A JP5261439A JP26143993A JPH07123781A JP H07123781 A JPH07123781 A JP H07123781A JP 5261439 A JP5261439 A JP 5261439A JP 26143993 A JP26143993 A JP 26143993A JP H07123781 A JPH07123781 A JP H07123781A
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 負荷急変や広範囲な速度制御に対して高精度
で小形の可変速同期電動機のブラシレス励磁制御装置の
提供を目的とする。 【構成】 誘導機形交流励磁機を用いて、回転子巻線9
の誘導交流の周波数を主機4の電機子電流is の時間変
化率(dis /dt)の関数として制御するものであ
る。
(57) [Abstract] [Purpose] An object of the present invention is to provide a highly accurate and compact brushless excitation control device of a variable speed synchronous motor for sudden load changes and speed control over a wide range. [Structure] Using an induction machine type AC exciter, the rotor winding 9
Is controlled as a function of the time change rate (di s / dt) of the armature current i s of the main machine 4.

Description

【発明の詳細な説明】Detailed Description of the Invention

【0001】[0001]

【産業上の利用分野】本発明は、大容量、急激可変負荷
を駆動する可変速同期電動機の誘導機形励磁を採用した
ブラシレス励磁装置に関する。
BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a brushless exciter adopting induction machine type excitation of a variable speed synchronous motor for driving a large capacity, sudden variable load.

【0002】[0002]

【従来の技術】図6は、従来技術による可変速同期電動
機のブラシレス励磁装置の一例を示す。図6において、
可変速同期電動機(主機)の電機子6は、可変周波数・
可変電圧の電源20により、その供給周波数を変化させ
て励磁され電動機として駆動される。
2. Description of the Related Art FIG. 6 shows an example of a brushless exciter for a variable speed synchronous motor according to the prior art. In FIG.
The armature 6 of the variable speed synchronous motor (main machine) has a variable frequency
The variable voltage power source 20 changes the supply frequency of the power source 20 to excite it and drive it as an electric motor.

【0003】その際、主機界磁18では、図6に示すよ
うに、励磁機1の固定子巻線2が、可変電圧の電源21
で励磁され、回転部分19の回転子巻線9に誘導される
交流を回転整流器17で直流に変換して励磁が行なわれ
る。
At this time, in the main machine field 18, as shown in FIG. 6, the stator winding 2 of the exciter machine 1 is provided with a variable voltage power source 21.
Is excited, and the alternating current induced in the rotor winding 9 of the rotating portion 19 is converted into direct current by the rotary rectifier 17 to be excited.

【0004】この励磁器1では、いわゆる誘導機形励磁
機であって、固定子巻線2、回転子巻線9とも多相の回
転磁界を形成する交流巻線で構成される為、回転子巻線
9に誘導される交流の周波数、電圧は、主機回転数によ
って変化し、また、主機電機子6の負荷電流によっても
必要とする主機励磁電流を変化させる必要があるため、
回転周波数検出器5、主機電機子電流検出器7の信号よ
り、各々の信号変換装置22,23とこれら出力信号よ
り電源21の電圧を決定する演算装置24を経てゲート
制御回路25により電源21の出力電圧を制御して励磁
運転されている。
The exciter 1 is a so-called induction machine type exciter, and since the stator winding 2 and the rotor winding 9 are both AC windings that form a multi-phase rotating magnetic field, Since the frequency and voltage of the alternating current induced in the winding 9 changes depending on the rotation speed of the main machine, and the necessary exciting current of the main machine also needs to change depending on the load current of the main armature 6,
The gate control circuit 25 controls the voltage of the power source 21 through the signal converters 22 and 23 and the arithmetic unit 24 which determines the voltage of the power source 21 from the signals of the rotation frequency detector 5 and the main armature current detector 7. Excitation operation is performed by controlling the output voltage.

【0005】主機定常負荷(トルク)では、その界磁電
流を一定に保持する必要があるため、主機回転数の変化
がある場合には、それに伴って励磁機固定子巻線2を励
磁する電源21の電圧を制御し、主機界磁電流を一定に
している。
Since the field current of the main machine steady load (torque) must be kept constant, when the main machine rotation speed changes, the power supply for exciting the exciter stator winding 2 accordingly. The voltage of 21 is controlled to keep the main machine field current constant.

【0006】もちろん負荷(トルク)変化時には、主機
励磁を変化させる必要があるため、この際にも励磁機1
の固定子巻線2を励磁する電源21の電圧を制御するこ
とになる。
Of course, when the load (torque) changes, it is necessary to change the excitation of the main engine.
The voltage of the power supply 21 for exciting the stator winding 2 is controlled.

【0007】[0007]

【発明が解決しようとする課題】かかる図6に示す従来
技術の可変速同期電動機のブラシレス励磁装置では、急
速な、負荷急変時、あるいは広範囲な速度制御される場
合に、次のような欠点がある。
The conventional brushless exciter for a variable speed synchronous motor shown in FIG. 6 has the following drawbacks when the load is changed rapidly, when the load suddenly changes, or when the speed is controlled over a wide range. is there.

【0008】(1)励磁機1の固定子側から回転子側へ
の誘導は、鉄心を介した磁気的な結合によってこの磁束
量の変化によって誘導する為、急速な負荷急変時に対応
する主機励磁電流の変化が遅れ、また必要な主機励磁電
流を確保する為には過電圧による励磁(フォーシング)
が必要となり、電源容量や励磁機サイズを大きくしてお
くことが必要になる。
(1) The induction of the exciter 1 from the stator side to the rotor side is induced by the change in the amount of magnetic flux due to the magnetic coupling through the iron core. Excitation due to overvoltage (forcing) in order to secure the necessary main-unit excitation current
It is necessary to increase the power supply capacity and exciter size.

【0009】(2)広範囲な速度可変を必要とする機械
では、上記(1)で説明した原理で固定子側から回転子
側への電力変換が行われるので、主機回転数によっては
励磁機1の回転子巻線9に誘導される周波数が極端に低
くなる場合があり、その結果として誘導電力が減少する
ため、設計段階からそのような特殊な条件を考慮した体
格の大きな励磁機1を準備しておく必要がある。この様
に、従来技術では、特殊な運転条件を考慮した励磁機1
や電源装置の準備が必要なことから、これら励磁関係の
装置が大きくなり経済的にも高価なものになる。
(2) In a machine requiring a wide range of speed variation, electric power is converted from the stator side to the rotor side according to the principle described in (1) above, so the exciter 1 may be used depending on the number of revolutions of the main machine. In some cases, the frequency induced in the rotor winding 9 of the motor may become extremely low, and as a result, the induced electric power decreases. Therefore, the exciter 1 having a large physique is prepared from the design stage in consideration of such special conditions. You need to do it. As described above, in the conventional technique, the exciter 1 considering the special operating conditions is used.
Since it is necessary to prepare the power supply device and the power supply device, these excitation-related devices become large and economically expensive.

【0010】したがって、本発明では、これら励磁関係
の装置を大きくしなくても、小形の装置で所定の機能が
発揮できると共に、負荷急変時には時間遅れが少なく、
急速に励磁を変化させる事ができる励磁装置を提供する
ことを目的とする。
Therefore, according to the present invention, it is possible to perform a predetermined function in a small-sized device without enlarging these devices related to the excitation, and to reduce the time delay when the load suddenly changes.
It is an object of the present invention to provide an exciter capable of changing excitation rapidly.

【0011】[0011]

【課題を解決するための手段】上述の目的を達成するた
め、可変周波数電源にて運転される同期電動機(主機)
のブラシレス励磁制御装置において、本発明は、励磁機
は誘導機形交流励磁機であり、この励磁機の固定子巻線
には可変周波数可変電圧の電源が接続され、この電源か
らの回転磁界の誘導により交流を得る回転子巻線から直
流に変換する回転整流器を介して励磁される主機界磁巻
線を有し、上記回転子巻線に誘導される交流の周波数は
主機電機子電流の時間変化率の関数とした制御回路を上
記可変周波数可変電圧の電源に備えた、ことを要旨とす
る。
In order to achieve the above object, a synchronous motor (main engine) operated by a variable frequency power source.
In the brushless excitation control device of the present invention, the exciter machine is an induction machine type AC exciter machine, a stator winding of the exciter machine is connected to a power source of a variable frequency variable voltage, and a rotating magnetic field from the power source is generated. It has a main machine field winding that is excited via a rotary rectifier that converts from a rotor winding that obtains alternating current to direct current by induction, and the frequency of the alternating current induced in the rotor winding is the time of the main machine armature current. The gist is that the control circuit as a function of the rate of change is provided in the variable frequency variable voltage power supply.

【0012】また、本発明は、主機電機子電流信号によ
る磁束、及び回転周波数信号と主機電機子電流の時間変
化率の関数の周波数との和によって、可変周波数可変電
圧の電源の電圧の制御回路を形成したことを要旨とす
る。
Further, the present invention provides a control circuit for controlling the voltage of a variable frequency variable voltage power supply by the magnetic flux by the main machine armature current signal, and the sum of the rotation frequency signal and the frequency as a function of the time change rate of the main machine armature current. The main point is that

【0013】さらに、本発明は、主機駆動電圧及び電源
周波数に基づき得られる電圧と周波数にて磁束を得る制
御回路を可変周波数可変電圧の電源に備えた、ことを要
旨とする。
Further, the gist of the present invention is that the power supply of the variable frequency variable voltage is provided with a control circuit for obtaining a magnetic flux at a voltage and a frequency obtained based on the main machine drive voltage and the power supply frequency.

【0014】[0014]

【作用】励磁機の周波数変化に伴う高速応答により主機
の界磁制御をすることができ、負荷急変に対応すること
ができて、高精度の制御ができる。また、このため即応
励磁により体格の増加なく過励磁に対する裕度も少なく
て小形化が図れる。更に、周波数設定により回転数に関
係なく運転できて広範囲な運転制御ができる。
The function of the main machine can be controlled by the high-speed response caused by the change in the frequency of the exciter, and it is possible to cope with a sudden change in the load and control with high accuracy. For this reason, the size of the body is not increased by the prompt excitation, and the tolerance for overexcitation is small, and the size can be reduced. Further, by setting the frequency, the operation can be performed irrespective of the number of revolutions and a wide range of operation control can be performed.

【0015】[0015]

【実施例】図1は本発明による可変速同期電動機のブラ
シレス励磁装置の構成の実施例を示す。なお、図1にて
図6と同一部分には同符号を付す。図1において、交流
励磁機1の固定子巻線2を励磁する電源3は、従来と異
なり可変周波数、可変電圧の出力を出せる電源である。
FIG. 1 shows an embodiment of the configuration of a brushless exciter for a variable speed synchronous motor according to the present invention. In FIG. 1, the same parts as those in FIG. 6 are designated by the same reference numerals. In FIG. 1, a power supply 3 for exciting the stator winding 2 of the AC exciter 1 is a power supply that can output a variable frequency and a variable voltage, unlike the conventional power supply.

【0016】この電源3の出力周波数、出力電圧を制御
する為、次のような検出器や制御装置が構成されてい
る。まず励磁用の電源3の出力周波数を制御する為に
は、主機同期電動機4の回転周波数検出器5、主機電機
子6、電流を検出する検出器7を設ける。このうち、電
流検出器7は主機電機子電流is の信号を微分する回路
8に接続され、更にその出力信号によって図2に示す関
係で周波数を決定する周波数設定器10に接続され、回
転周波数検出器5に接続されて周波数fs を交流励磁機
周波数信号に変換する周波数信号変換装置11の出力信
号fr と前記設定器10の出力信号f2cを加算する加算
回路12の出力信号によって、ゲート制御回路13を制
御し、結果的に電源3のインバータ32の出力周波数を
制御する。ここで、周波数設定器10は、その入力とし
て主機電機子電流を微分信号(dis /dt)に対し、
図2に示す関係による設定値信号f2cをその出力とす
る。
In order to control the output frequency and output voltage of the power source 3, the following detectors and control devices are constructed. First, in order to control the output frequency of the power supply 3 for excitation, a rotation frequency detector 5 of the main machine synchronous motor 4, a main machine armature 6, and a detector 7 for detecting current are provided. Among them, the current detector 7 is connected to a circuit 8 for differentiating the signal of the main motor armature current i s, and further connected to the frequency setting device 10 for determining the frequency relationship shown in FIG. 2 by the output signal, the rotation frequency By the output signal of the adder circuit 12 which is connected to the detector 5 and adds the output signal f r of the frequency signal converter 11 for converting the frequency f s to the AC exciter frequency signal and the output signal f 2c of the setter 10, It controls the gate control circuit 13 and consequently controls the output frequency of the inverter 32 of the power supply 3. Here, the frequency setting device 10 inputs the main machine armature current to the differential signal (di s / dt) as its input,
The set value signal f 2c based on the relationship shown in FIG. 2 is used as the output.

【0017】また、周波数信号変換装置11は、回転周
波数fs の信号を励磁機1の極数にあった周波数fr の
信号に変換する機能を持っており、後述の(2)式にて
信号変換される。
Further, the frequency signal converter 11 has a function of converting the signal of the rotation frequency f s into the signal of the frequency fr corresponding to the number of poles of the exciter 1, and is expressed by the equation (2) described later. The signal is converted.

【0018】励磁用の電源3の出力電圧を制御する為に
は、前記電機子6の電流を検出する検出器7の信号is
を入力として図3に示すように予め設定された主機電機
子電流に対する励磁機磁束に関連した信号レベルΦc を
発生する磁束信号制御装置14と、その出力信号と前記
加算回路12の出力信号を入力として制御される電圧制
御装置15とを有し、この出力信号で制御されるゲート
制御回路16で、電源3のコンバータ31の直流出力電
圧、結果的にはインバータ32の出力交流電圧を制御す
る。
In order to control the output voltage of the excitation power source 3, the signal i s of the detector 7 which detects the current of the armature 6 is used.
As an input, a magnetic flux signal control device 14 for generating a signal level Φ c related to the exciter magnetic flux with respect to a preset main machine armature current as shown in FIG. 3, and its output signal and the output signal of the adder circuit 12 are input. A gate control circuit 16 having a voltage control device 15 controlled as an input and controlled by this output signal controls the DC output voltage of the converter 31 of the power supply 3, and consequently the output AC voltage of the inverter 32. .

【0019】ここで、磁束信号制御装置14は、主機電
機子電流is に対し、図3に示す関係のする励磁機1の
磁束Φに関係した信号Φc を発生する機能を持ってい
る。また、電圧制御装置15は、磁束信号制御装置14
の出力信号Φe と、前記加算回路12の出力信号(fr
+f2c)の掛け算の演算機能を持った制御装置である。
Here, the magnetic flux signal control device 14 has a function of generating a signal Φ c related to the magnetic flux Φ of the exciter 1 having the relationship shown in FIG. 3 with respect to the main machine armature current i s . Further, the voltage control device 15 includes the magnetic flux signal control device 14
Output signal Φ e of the output signal of the addition circuit 12 (f r
This is a control device having a calculation function of multiplication of + f 2c ).

【0020】この様に制御された電源3で励磁機1の固
定子巻線を励磁すると、その回転磁界で、回転子巻線9
に誘導される交流は、回転整流器17で直流に変換さ
れ、主機4の界磁巻線18を励磁する構成となってい
る。
When the stator winding of the exciter 1 is excited by the power source 3 controlled in this way, the rotating magnetic field thereof causes the rotor winding 9 to rotate.
The alternating current induced by is converted into direct current by the rotary rectifier 17, and the field winding 18 of the main engine 4 is excited.

【0021】つぎに、図1に示す構成の動作を説明す
る。励磁用の電源3の出力周波数、即ち励磁機固定子巻
線2の励磁周波数f1 、励磁機回転子巻線9の誘導周波
数f2 、励磁機極数に換算した回転周波数fr の関係は
下記(1)式で表せる。
Next, the operation of the configuration shown in FIG. 1 will be described. The output frequency of the power supply 3 for exciting, i.e. excitation frequency f 1 of the exciter stator windings 2, induction frequency f 2 of the exciter rotor windings 9, the relationship between the rotational frequency f r in terms of the exciter number of poles It can be expressed by the following equation (1).

【0022】[0022]

【数1】 f1 =f2 +fr ……(1) ここで、主機電機子6の回転周波数fs 、主機極数P
s 、励磁機の極数をPe とすると、励磁機極数Pe に換
算した回転周波数fr は次の(2)式で表せる。
[Number 1] f 1 = f 2 + f r ...... (1) where the rotation frequency f s of the main machine armature 6, the main motor number of poles P
s, and the number of poles of the exciter and P e, the rotation frequency f r in terms of the exciter pole P e can be expressed by the following equation (2).

【0023】[0023]

【数2】 fr =fs +(Pe /Ps ) ……(2) 図1で回転周波数検出器5で検出する信号はfs に相当
し、周波数信号変換装置11によって(2)式で変換さ
れるので、電源3の出力周波数を決定するゲート回路入
力信号f1 は、周波数設定器10の出力信号f2cと周波
数信号変換装置11の出力信号fr の和で、次の(3)
式で表す事ができる。
## EQU00002 ## f.sub.r = f.sub.s + ( P.sub.e / P.sub.s ) (2) The signal detected by the rotation frequency detector 5 in FIG. 1 corresponds to f.sub.s , and the frequency signal converter 11 sets (2). since the conversion formula, the gate circuit input signal f 1 which determines the output frequency of the power source 3, the sum of the output signal f r of the output signal f 2c and the frequency signal converter 11 of the frequency setting device 10, the following ( 3)
It can be expressed by a formula.

【0024】[0024]

【数3】 f1 =f2c+fs ×(Pe /Ps ) ……(3) そして、上述の(1)〜(3)式から次の(4)式を得
る。
## EQU3 ## f 1 = f 2c + f s × (P e / P s ) (3) Then, the following equation (4) is obtained from the above equations (1) to (3).

【0025】[0025]

【数4】 f2 =f2c ……(4) つまり、周波数設定器10の出力信号f2cが励磁機1の
回転子巻線誘導周波数f2 と1対1対応している。そこ
で、周波数設定器10の出力信号が変化すれば、励磁機
の回転子巻線9の誘導周波数も変化することができる。
## EQU00004 ## f 2 = f 2c (4) That is, the output signal f 2c of the frequency setting device 10 has a one-to-one correspondence with the rotor winding induction frequency f 2 of the exciter 1. Therefore, if the output signal of the frequency setting device 10 changes, the induction frequency of the rotor winding 9 of the exciter can also change.

【0026】一定負荷、即ち主機電機子電流is を一定
とすると、電機子電流の時間的変化率(dis /dt)
は零で、図2に示すようにf2cはf2oの信号を発生す
る。即ち、励磁機1の回転子巻線誘導周波数f2 は、主
機の回転数に関係なく一定で励磁される。また、電源3
の電圧、即ち励磁機固定子巻線2の電圧v1 、励磁機1
の回転子巻線9の誘導電圧v2 の関係は次の(5),
(6)式で表せる。
[0026] constant load, i.e. when the constant primary machine armature current i s, the temporal change rate of the armature current (di s / dt)
Is zero, and f 2c produces a signal of f 2o as shown in FIG. That is, the rotor winding induction frequency f 2 of the exciter machine 1 is constantly excited regardless of the rotation speed of the main machine. Also, power source 3
Voltage of the exciter stator winding 2, voltage v 1 , exciter 1
The relationship of the induced voltage v 2 of the rotor winding 9 of
It can be expressed by equation (6).

【0027】[0027]

【数5】 v2 =ke2 ×f2 ×Φ ……(5) v1 =ke1 ×f1 ×Φ =ke1 ×(f2 +fr )×Φ ……(6) かかる(5),(6)式において、ke1 ,ke2 は励
磁機設計で決まる定数、Φは励磁機1磁気回路の磁束数
である。
[Formula 5] v 2 = ke 2 × f 2 × Φ (5) v 1 = ke 1 × f 1 × Φ = ke 1 × (f 2 + fr ) × Φ (6) Take (5) , (6), ke 1 and ke 2 are constants determined by the exciter machine design, and Φ is the number of magnetic fluxes of the exciter 1 magnetic circuit.

【0028】こうして、電源3の出力電圧v1 は、前記
(6)式にしたがって、磁束Φに関しては、磁束信号制
御装置14の出力信号、(f2 +fr )に関しては加算
回路12の出力信号を入力信号として制御される電圧制
御装置15の機能によりコンバータ31の出力電圧を制
御することによって決められる。
In this way, the output voltage v 1 of the power supply 3 is calculated according to the above equation (6) with respect to the magnetic flux Φ, the output signal of the magnetic flux signal controller 14, and the output signal of the adder circuit 12 for (f 2 + fr ). Is determined by controlling the output voltage of the converter 31 by the function of the voltage control device 15 controlled by the input signal.

【0029】回転部分19の回路において、主機界磁電
流Ifは、主機界磁巻線18の抵抗値をRf、定数をk
fとすると、(6)式を考慮して次の(7)式の関係で
表せる。
In the circuit of the rotating portion 19, the main machine field current If is Rf, the resistance value of the main machine field winding 18, and k is a constant.
If f is taken into consideration, it can be expressed by the following equation (7) considering equation (6).

【0030】[0030]

【数6】 If=kf×v2 /Rf =(kf/Rf)×ke2 ×f2 ×Φ ……(7) すなわち、f2 及びΦによって主機界磁電流Ifが変化
する。
(6) If = kf × v 2 / Rf = (kf / Rf) × ke 2 × f 2 × Φ (7) That is, the main machine field current If changes depending on f 2 and Φ.

【0031】次に主機負荷が急激に変化する運転時の制
御の方法について説明する。主機電機子電流is が急増
した時、(dis /dt)は正の値となり、図2に示す
場合にはf2c>f2oとなり、上記の説明から、励磁機1
の回転子巻線9の誘導周波数f2 が増加する制御をする
ことになる。同時に図3に示すように磁束Φも増加させ
るようにv1 を制御する。
Next, a control method during operation in which the load on the main engine changes rapidly will be described. When the main machine armature current i s rapidly increases, (di s / dt) becomes a positive value, and in the case shown in FIG. 2, f 2c > f 2o , and from the above description, the exciter 1
The induction frequency f 2 of the rotor winding 9 is controlled to increase. At the same time, v 1 is controlled so as to increase the magnetic flux Φ as shown in FIG.

【0032】これを(7)式で説明すると、f2 ,Φの
両者が急増することになるが、Φは磁気回路の遅れを持
つが、f2 は遅れなくIfを急速に増加させることにな
るので、磁束Φの変化のみによっていた従来技術に比較
して早い界磁電流応答を実現できる。
Describing this with equation (7), both f 2 and Φ will increase rapidly. Φ has a delay in the magnetic circuit, but f 2 increases If rapidly without delay. Therefore, it is possible to realize a quick field current response as compared with the conventional technique which is based only on the change of the magnetic flux Φ.

【0033】また逆に主機電機子電流is が急減した時
には、反対の作用でやはり、急速に界磁電流変化を減少
させる事ができる。以上、定常負荷時、負荷急変時につ
いて、本実施例の動作を説明してきた。
On the contrary, when the main machine armature current i s sharply decreases, the opposite action can also rapidly reduce the field current change. The operation of this embodiment has been described above for the steady load and the sudden load change.

【0034】この実施例による可変速同電動機に及ぼす
効果について次に述べる。特に負荷急変時には、従来技
術に比べ、励磁器の周波数を変化できる為、負荷に見合
った早い応答で主機の界磁電流を制御できることになる
ので、鉄鋼圧延主機における応用のように、鋼板噛み込
み時における急激な負荷増加にたいして、時間遅れを少
なく、即応励磁が提供でき、主機の体格を増加させるこ
となく、また過励磁(フォーシング)等の装置上の裕度
を持つ必要がなく、小形の制御装置や電源装置でも、十
分その機能を発揮させる事ができる。
The effect of the variable speed electric motor according to this embodiment will be described below. Especially when the load changes suddenly, the frequency of the exciter can be changed compared to the conventional technology, so the field current of the main machine can be controlled with a quick response corresponding to the load. With respect to a sudden increase in load during time, a small time delay can be provided, prompt response excitation can be provided, there is no need to increase the physique of the main engine, and there is no need to have a margin on the device such as overexcitation (forcing). Even the control device and the power supply device can sufficiently exhibit their functions.

【0035】交流励磁機も殆どの定常負荷時には、回転
数に関係なく一定の周波数f2 で運転できるので、広範
囲な運転制御を必要とする負荷に対する駆動機の場合で
も、大きな体格の励磁機を必要とすることなく構成する
ことが可能となる。
Since the AC exciter can also be operated at a constant frequency f 2 regardless of the number of revolutions during most steady loads, even if it is a drive machine for a load that requires a wide range of operation control, an exciter of a large size can be used. It is possible to configure without need.

【0036】その究極的効果としては、小形で、高い制
御性のブラシレス同期電動機を提供できる。図4は、本
発明による他の実施例である。ここでは、前述の実施例
の回転周波数検出器5がなく主機回転周波数の検出を主
機駆動電源電圧検出器29の周波数(電源周波数)信号
より得ている。これは、本実施例の対象が同期機である
ため、回転周波数と電源周波数は、いかなる運転条件に
おいても一義的に次式(8)で関連付けられることによ
る。
As its ultimate effect, it is possible to provide a compact and highly controllable brushless synchronous motor. FIG. 4 is another embodiment according to the present invention. Here, the rotation frequency detector 5 of the above-described embodiment is not provided, and the detection of the main machine rotation frequency is obtained from the frequency (power supply frequency) signal of the main machine drive power supply voltage detector 29. This is because the target of the present embodiment is the synchronous machine, and therefore the rotation frequency and the power supply frequency are uniquely associated with each other by the following equation (8) under any operating condition.

【0037】[0037]

【数7】 fr =2×fs /Ps ……(8) 但し、fr :回転周波数、fs :電源周波数、Ps :主
機極数。前述の実施例と異なる点を述べるに、この実施
例での磁束信号制御装置26は、主機駆動電源電圧vs
の信号と周波数fs の信号の除算器27の出力信号Ts
を更に周波数設定器10の信号で割り算するもう一つの
除算器28の出力信号を入力として図5に示すような関
係の設定信号Φc を発生する機能を有している。
F r = 2 × f s / P s (8) where f r is the rotation frequency, f s is the power supply frequency, and P s is the number of main machine poles. The magnetic flux signal control device 26 in this embodiment is different from the above-described embodiment in that the main unit drive power supply voltage v s
Output signal T s of the divider 27 of the signal of frequency f s and the signal of frequency f s
Is further divided by the signal of the frequency setting device 10, and the output signal of another divider 28 is used as an input to generate a setting signal Φ c having the relationship shown in FIG.

【0038】主機発生トルクTs は、主機磁束Φs 、電
機子電流is 、その位相差θ、主機端子電圧vs 、力率
角φ、回転角速度ω、主機効率ηとすると、次式の関係
で表される。但し、ksa,ksbは定数である。
The main-machine generated torque T s is given by the following equation, where the main-machine magnetic flux Φ s , the armature current i s , the phase difference θ, the main-machine terminal voltage v s , the power factor angle φ, the rotational angular velocity ω, and the main-machine efficiency η. Expressed in a relationship. However, k sa and k sb are constants.

【0039】[0039]

【数8】 Ts =ksa(Φs ×is ×cosθ) =ksb(is ×vs ×cosφ)×η/ω ……(9) (9)式とω=2πfs の関係より、Φs は次式とな
る。なお、kscは定数である。
(8) T s = k sa (Φ s × i s × cos θ) = k sb (i s × v s × cos φ) × η / ω (9) Equation (9) and ω = 2πf s Therefore, Φ s becomes the following equation. Note that k sc is a constant.

【0040】[0040]

【数9】 Φs =ksc(vs ×η×cosφ)/(fs ×cosθ) ……(10) Φs は、略励磁電流Ifと比例関係にあるので、(7)
式から励磁機1の磁束Φは、次式となる。但し、η,
φ,θに関係する値は、一括して関数f(η,φ,θ)
として表現しておくことにする。ksdは定数である。
Φ s = k sc (v s × η × cos φ) / (f s × cos θ) (10) Since Φ s is approximately proportional to the exciting current If, (7)
From the equation, the magnetic flux Φ of the exciter 1 is given by the following equation. However, η,
The values related to φ and θ are collectively the function f (η, φ, θ)
Will be expressed as k sd is a constant.

【0041】[0041]

【数10】 上記に述べた演算装置の組合せによって(11)式の関
係を実現する事ができる。即ち、除算器27は、主機電
圧、周波数に関係する要素が、除算器28によって、
(4)式の関係から励磁機回転子巻線9の誘導周波数f
2 に関係する要素が演算できる。従って、磁束信号制御
装置26は、(11)式の他の要素、即ちksd,f
(η,φ,θ),kf,Rf,ke2 に関係した設定値
を考慮した演算機能を持っている。図4の実施例によれ
ば、主機運転状態に必要な励磁機1の磁束量を設定し
て、電源3、即ち励磁機固定子巻線2、印加電圧、周波
数を制御できることになる。
[Equation 10] The combination of the arithmetic devices described above can realize the relationship of the expression (11). That is, in the divider 27, the elements related to the main machine voltage and the frequency are
From the relationship of equation (4), the induction frequency f of the exciter machine rotor winding 9 is
Elements related to 2 can be calculated. Therefore, the magnetic flux signal control device 26 uses another element of the equation (11), that is, k sd , f
It has a calculation function in consideration of set values related to (η, φ, θ), kf, Rf, ke 2 . According to the embodiment of FIG. 4, the magnetic flux amount of the exciter 1 required for the main machine operating state can be set to control the power supply 3, that is, the exciter stator winding 2, the applied voltage, and the frequency.

【0042】ここに述べた実施例に限らず、その主旨を
変えない範囲で図1の実施例を含め、その全部又は一部
を変更して組合わせ実施する事ができるのは言うまでも
ない。
Needless to say, the present invention is not limited to the embodiments described above, and the embodiments shown in FIG. 1 can be combined or modified in whole or in part without changing the scope of the invention.

【0043】[0043]

【発明の効果】本発明の効果を整理すると次のようにな
る。 (1)急速に変動する負荷に対する駆動機として、早い
応答の界磁電流制御を行うことができるブラシレス可変
速同期電動機を提供できる。
The effects of the present invention are summarized as follows. (1) It is possible to provide a brushless variable speed synchronous motor capable of performing field current control with a quick response as a drive machine for a load that changes rapidly.

【0044】(2)広範囲な速度範囲を必要とする負荷
の駆動機として、その交流励磁機は小形で良く、電動機
全体としても据付面積が小さく、安価なブラシレス可変
速同期電動機を提供できる。
(2) As a drive device for a load that requires a wide speed range, the AC exciter may be small, and the installation area of the electric motor as a whole can be small, and an inexpensive brushless variable speed synchronous electric motor can be provided.

【0045】(3)電動機のみならず、電源設備面でも
従来より小容量で済む等、ユーザーに取って、経済的に
大きなメリットをもたらす。 (4)ブラシ等の摺動部がないブラシレスであるため、
保守点検が容易であるばかりでなく、雰囲気を選ばない
広範囲の用途に適用可能となる。
(3) Not only the electric motor, but also the power supply equipment can have a smaller capacity than in the past, which brings great economic advantages to the user. (4) Since it is a brushless type with no sliding parts such as brushes,
Not only is maintenance and inspection easy, but it can be applied to a wide range of applications in any atmosphere.

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

【図1】本発明の一実施例によるブラシレス励磁制御装
置のブロック図である。
FIG. 1 is a block diagram of a brushless excitation control device according to an embodiment of the present invention.

【図2】本発明の一実施例による周波数設定器の機能動
作特性図である。
FIG. 2 is a functional operation characteristic diagram of a frequency setting device according to an embodiment of the present invention.

【図3】本発明の一実施例による磁束信号制御装置の機
能動作特性図である。
FIG. 3 is a functional operation characteristic diagram of a magnetic flux signal controller according to an embodiment of the present invention.

【図4】本発明の他の実施例によるブラシレス励磁制御
装置のブロック図である。
FIG. 4 is a block diagram of a brushless excitation controller according to another embodiment of the present invention.

【図5】本発明の他の実施例による磁束信号制御装置の
機能動作特性図である。
FIG. 5 is a functional operation characteristic diagram of a magnetic flux signal controller according to another embodiment of the present invention.

【図6】従来技術によるブラシレス励磁制御装置のブロ
ック図である。
FIG. 6 is a block diagram of a brushless excitation control device according to a conventional technique.

【符号の説明】[Explanation of symbols]

1 励磁機 2 固定子巻線 3 可変周波数可変電圧電源 4 同期電動機(主機) 5 回転周波数検出器 7 電機子電流検出器 8 微分回路 9 回転子巻線 10 周波数設定器 14 磁束信号制御装置 15 電圧制御装置 27,28 除算器 29 駆動電源電圧検出器 1 Exciter 2 Stator Winding 3 Variable Frequency Variable Voltage Power Supply 4 Synchronous Motor (Main Machine) 5 Rotation Frequency Detector 7 Armature Current Detector 8 Differentiation Circuit 9 Rotor Winding 10 Frequency Setter 14 Magnetic Flux Signal Controller 15 Voltage Control device 27, 28 Divider 29 Drive power supply voltage detector

Claims (3)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】 可変周波数電源にて運転される同期電動
機(主機)のブラシレス励磁制御装置において、 励磁機は誘導機形交流励磁機であり、この励磁機の固定
子巻線には可変周波数可変電圧の電源が接続され、 この電源からの回転磁界の誘導により交流を得る回転子
巻線から直流に変換する回転整流器を介して励磁される
主機界磁巻線を有し、 上記回転子巻線に誘導される交流の周波数は主機電機子
電流の時間変化率の関数とした制御回路を上記可変周波
数可変電圧の電源に備えた、 ことを特徴とする可変速同期電動機のブラシレス励磁制
御装置。
1. A brushless excitation controller for a synchronous motor (main machine) operated by a variable frequency power source, wherein the exciter is an induction machine type AC exciter, and a variable frequency variable is provided in a stator winding of the exciter. A mains field winding that is connected to a voltage power supply and is excited via a rotary rectifier that converts from a rotor winding that obtains an alternating current by the induction of a rotating magnetic field from this power supply to a direct current; A brushless excitation control device for a variable speed synchronous motor, characterized in that a control circuit in which the frequency of the alternating current induced in is a function of the time change rate of the main machine armature current is provided in the variable frequency variable voltage power supply.
【請求項2】 主機電機子電流信号による磁束、及び回
転周波数信号と主機電機子電流の時間変化率の関数の周
波数との和によって、可変周波数可変電圧の電源の電圧
の制御回路を形成したことを特徴とする請求項1記載の
可変速同期電動機のブラシレス励磁制御装置。
2. A voltage control circuit for a variable frequency variable voltage power supply is formed by the magnetic flux of the main machine armature current signal, and the sum of the rotation frequency signal and the frequency of a function of the time change rate of the main machine armature current. The brushless excitation control device for a variable speed synchronous motor according to claim 1.
【請求項3】 主機駆動電圧及び電源周波数に基づき得
られる電圧と周波数にて磁束を得る制御回路を可変周波
数可変電圧の電源に備えた、 ことを特徴とする可変速同期電動機のブラシレス励磁制
御装置。
3. A brushless excitation control device for a variable speed synchronous motor, wherein a control circuit for obtaining a magnetic flux at a voltage and a frequency obtained based on a main machine drive voltage and a power supply frequency is provided in a variable frequency variable voltage power supply. .
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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