JPH08242594A

JPH08242594A - 電力変換装置

Info

Publication number: JPH08242594A
Application number: JP7042215A
Authority: JP
Inventors: Sei Miyazaki; 聖宮崎; Kazuaki Yuki; 和明結城
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1995-03-02
Filing date: 1995-03-02
Publication date: 1996-09-17

Abstract

(57)【要約】【目的】負荷急変によって引き起こされる電動機の速
度変動や直流電圧変動を抑制できる電力変換装置を提供
することを目的とする。【構成】交流電源から得られる交流電力を任意の周波
数と任意の電圧に変換して電動機の速度制御を行う電力
変換装置において、負荷急減を検出すると直ちに電動機
トルク基準の上限値を零にし、負荷急増を検出すると直
ちに電動機トルク基準の下限値を零にすることにより、
負荷急変時に発生する電動機の速度変動を抑制する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機を可変速駆動す
るための電力変換装置に係り、特に負荷急変時に発生す
る速度変動や直流電圧変動を抑制する回路を備えた電力
変換装置の制御方式に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の電動機の速度制御を行う電力変換
装置は、例えば、図１０に示すように、交流電源１から
得られる交流電力をサイリスタ素子を逆並列に接続しブ
リッジ構成にし、任意の直流電圧に変換する逆並列型サ
イリスタコンバータ２と、前記逆並列型サイリスタコン
バータ２の出力直流電圧を平滑化する直流平滑コンデン
サ３と、前記直流平滑コンデンサ３から得られる直流電
圧を任意の周波数と任意の交流電圧に変換する逆変換装
置４からなり、電動機５を駆動させ、負荷６に動力を伝
える。

【０００３】この変換装置の制御回路は、上記電動機の
回転子位置および速度を検出する位置速度検出器１１か
らの速度フィードバック信号と電動機の速度基準から電
動機のトルク基準を計算する速度制御部１２と、上記速
度制御部１２から出力されるトルク基準に上限値、下限
値を与えるトルクリミット１３と、速度フィードバック
とトルク基準から逆変換装置出力電力を計算する逆変換
装置出力電力計算部１４と、上記逆並列型サイリスタコ
ンバータの出力電圧基準と上記直流平滑コンデンサ３の
電圧を検出する電圧検出器１５からの電圧フィードバッ
ク信号と上記逆変換装置出力電力計算部１４から出力さ
れる出力電力信号から逆並列型サイリスタコンバータ制
御信号を出力する逆並列型サイリスタコンバータ制御部
１６と、上記トルク基準と上記位置速度検出器１１から
出力される位置フィードバック信号と上記逆変換装置の
出力に設けられた電流検出器１７からの電流フィードバ
ックと電動機の磁束基準とから電動機５を駆動するのに
必要な電圧と周波数を計算して上記逆変換装置４を制御
する逆変換装置制御信号を出力する制御回路１８と、直
流電圧フィードバック値が装置の許容範囲を越えると、
上記トルクリミットの上限値、下限値の設定を変更して
直流電圧変動を抑制する直流電圧変動抑制部１９とから
構成される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、この制御で
は、直流電圧が変動した後に直流電圧変動を抑制しよう
とするため制御が遅れるので、十分な効果が期待できな
いことがあった。よって、本発明は、負荷急変が発生し
たときに、いち早く負荷急変を検出でき、負荷急変によ
って引き起こされる電動機の速度変動や直流電圧変動を
抑制できる電力変換装置を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、請求項１に係る電力変換装置では、交流電源から得
られる交流電力を任意の周波数と任意の電圧に変換して
電動機の速度制御を行う電力変換器と、この電力変換器
の出力側に設けられた電流検出手段と、前記電動機の回
転子位置および速度を検出する位置速度検出手段と、こ
の位置速度検出手段からの速度フィードバック信号と予
め設定された速度基準とに基づいて前記電動機のトルク
基準を計算する速度制御手段と、この速度制御手段から
出力されるトルク基準に上限値を与えるトルクリミッタ
と、負荷急変を検出する負荷急変検出手段と、この負荷
急変検出手段からの負荷急変信号に基づいて負荷急減の
ときには前記トルクリミッタの上限値を零にし、負荷急
増のときには前記トルクリミッタの下限値を零にする負
荷急変処理手段と、前記トルクリミッタからのトルク基
準と前記位置速度検出手段から出力される位置フィード
バック信号と前記電流検出手段からの電流フィードバッ
ク信号と予め設定された前記電動機の磁束基準とに基づ
いて前記電動機を駆動するのに必要な電圧と周波数を計
算して前記電力変換器を制御する電力変換器制御信号を
出力する制御手段とを具備したことを特徴とする。

【０００６】請求項２に係る電力変換装置では、交流電
源から得られる交流電力を任意の周波数と任意の電圧に
変換して電動機の速度制御を行う電力変換器と、この電
力変換器の出力側に設けられた電流検出手段と、前記電
動機の回転子位置および速度を検出する位置速度検出手
段と、この位置速度検出手段からの速度フィードバック
信号と予め設定された速度基準とに基づいて比例積分に
より前記電動機のトルク基準を計算する速度制御手段
と、負荷急変を検出する負荷急変検出手段と、この負荷
急変検出手段からの負荷急変信号に基づいて負荷急減ま
たは負荷急増のときには前記速度制御手段の積分値を零
にする負荷急変処理手段と、前記トルク基準と前記位置
速度検出手段からの位置フィードバック信号と前記電流
検出手段からの電流フィードバック信号と予め設定され
た前記電動機の磁束基準とに基づいて前記電動機を駆動
するのに必要な電圧と周波数を計算して前記電力変換装
置を制御する電力変換装置制御信号を出力する制御手段
とを具備したことを特徴とする。

【０００７】請求項３に係る電力変換装置では、サイリ
スタ素子を逆並列に接続したものをブリッジ構成にし、
交流電源から得られる交流電力を任意の直流電圧に変換
するた逆並列型サイリスタコンバータ手段とこの逆並列
型サイリスタコンバータの出力直流電圧を平滑化する直
流平滑コンデンサとこの直流平滑コンデンサから得られ
る直流電圧を任意の周波数と任意の交流電圧に変換する
逆変換器とを有し、電動機の速度制御を行う電力変換器
と、この電力変換器の出力側に設けられた電流検出手段
と、前記直流平滑コンデンサの電圧を検出する電圧検出
手段と、予め設定された前記逆並列型サイリスタコンバ
ータの出力電圧基準と前記電圧検出手段からの電圧フィ
ードバック信号とに基づいて逆並列型サイリスタコンバ
ータ制御信号を出力する逆並列型サイリスタコンバータ
制御手段と、前記電動機の回転子位置および速度を検出
する位置速度検出手段と、この位置速度検出手段からの
速度フィードバック信号と予め設定された速度基準とに
基づいて前記電動機のトルク基準を計算する速度制御手
段と、この速度制御手段からのトルク基準に傾きを与え
るトルクレート手段と、負荷急変を検出する負荷急変検
出手段と、この負荷急変検出手段からの負荷急変信号が
負荷急減を示すときには前記トルクレート手段の傾きを
大きく設定し、これ以外のときはトルクレート手段の傾
きを零に設定する負荷急変処理手段と、前記トルク基準
と前記位置速度検出手段からの位置フィードバック信号
と前記電流検出手段からの電流フィードバック信号と予
め設定された前記電動機の磁束基準とに基づいて前記電
動機を駆動するのに必要な電圧と周波数を計算して前記
電力変換器を制御する電力変換器制御信号を出力する制
御手段とを具備したことを特徴とする。

【０００８】請求項４に係る電力変換装置では、サイリ
スタ素子を逆並列に接続したものをブリッジ構成にし、
交流電源から得られる交流電力を任意の直流電圧に変換
するた逆並列型サイリスタコンバータ手段とこの逆並列
型サイリスタコンバータの出力直流電圧を平滑化する直
流平滑コンデンサとこの直流平滑コンデンサから得られ
る直流電圧を任意の周波数と任意の交流電圧に変換する
逆変換器とを有し、電動機の速度制御を行う電力変換器
と、この電力変換器の出力側に設けられた電流検出手段
と、前記直流平滑コンデンサの電圧を検出する電圧検出
手段と、前記電動機の回転子位置および速度を検出する
位置速度検出手段と、この位置速度検出手段からの速度
フィードバック信号と予め設定された速度基準とに基づ
いて前記電動機のトルク基準を計算する速度制御手段
と、負荷急変を検出する負荷急変検出手段と、この負荷
急変検出手段からの負荷急変信号と前記速度フィードバ
ック信号と前記トルク基準とに基づいて、負荷急減およ
び負荷急増でないときには前記速度フィードバック信号
と前記トルク基準とに基づいて前記逆変換器の出力電力
を計算して出力し、負荷急減および負荷急増のときには
所定の値を出力する逆変換器出力電力計算手段と、前記
逆並列型サイリスタコンバータの出力電圧基準と前記電
圧検出手段からの電圧フィードバック信号と逆変換装置
出力電力計算手段から出力される出力電力信号とに基づ
いて逆並列型サイリスタコンバータ制御信号を出力する
逆並列型サイリスタコンバータ制御部と、前記トルク基
準と前記位置速度検出手段から出力される位置フィード
バック信号と前記電流検出手段からの電流フィードバッ
ク信号と予め設定された前記電動機の磁束基準とに基づ
いて前記電動機を駆動するのに必要な電圧と周波数を計
算して前記電力変換器を制御する電力変換器制御信号を
出力する制御手段とを具備したことを特徴とする。

【０００９】請求項５に係る電力変換装置では、請求項
１乃至４のいずれかに記載の負荷急変検出手段は、位置
速度検出手段からの速度フィードバック信号の現在値と
前回値との差分値が速度フィードバックの極性が正のと
きには第１の所定値以上でトルク基準の差分値の絶対値
が第２の所定値以下のときに負荷急減とし、速度フィー
ドバックの極性が負のときには前記第１の所定値の逆極
性値以下でトルク基準の差分値の絶対値が前記第２の所
定値以下のときに負荷急増とすることを特徴とする。

【００１０】請求項６に係る電力変換装置では、請求項
１乃至４のいずれかに記載の負荷急変検出手段は、位置
速度検出手段からの速度フィードバック信号の現在値と
前回値との差分値が速度フィードバックの極性が正のと
きには第１の所定値以上で速度基準にフィルタ処理した
ときの速度フィードバック信号の現在値と前回値との差
分値の絶対値が第２の所定値以下のときに負荷急減と
し、速度フィードバックの極性が負のときには前記第１
の所定値の逆極性値以下で速度基準にフィルタ処理した
ときの速度フィードバック信号の現在値と前回値との差
分値の絶対値が前記第２の所定値以下のときに負荷急増
とすることを特徴とする。

【００１１】

【作用】請求項１に記載の電力変換装置では、負荷急減
を検出すると直ちに電動機トルク基準の上限値を零に
し、負荷急増を検出すると直ちに電動機トルク基準の下
限値を零にすることにより、負荷急変時に発生する電動
機の速度変動を抑制することができる。

【００１２】請求項２に記載の電力変換装置では、負荷
急減または負荷急増を検出すると直ちに電動機速度制御
部の積分値を零にクリアすることにより、負荷急変時に
発生する電動機の速度変動を抑制することができる。

【００１３】請求項３に記載の電力変換装置では、負荷
急減を検出すると直ちにトルクレートの傾きを大きく設
定することにより、負荷急減時に発生する直流電圧変動
を抑制することができる。

【００１４】請求項４に記載の電力変換装置では、負荷
急減を検出したときは逆変換装置出力電力計算手段では
負極性の固定電力値を出力電力信号として前記逆並列型
サイリスタコンバータ制御部に出力して逆並列型サイリ
スタコンバータの出力直流電圧を低くすることで、負荷
急減時に発生する直流電圧変動を抑制することができ、
負荷急増を検出したときは逆変換装置出力電力計算手段
では正極性の固定電力値を出力電力信号として前記逆並
列型サイリスタコンバータ制御部に出力して逆並列型サ
イリスタコンバータの出力直流電圧を高くすることで、
負荷急増時に発生する直流電圧変動を抑制することがで
きる。

【００１５】請求項５に記載の電力変換装置では、速度
フィードバック信号の現在値と前回値との差分値が速度
フィードバックの極性が正のときには第１の所定値以上
でトルク基準の差分値の絶対値が第２の所定値ａ以下の
ときに負荷急減とし、速度フィードバックの極性が負の
ときには第１の所定値の逆極性値以下でトルク基準の差
分値の絶対値が第２の所定値以下のときに負荷急増とし
て検出する。

【００１６】請求項６に記載の電力変換装置では、速度
フィードバック信号の現在値と前回値との差分値が速度
フィードバックの極性が正のときには第１の所定値以上
で速度基準にフィルタ処理したときの速度フィードバッ
ク信号の現在値と前回値との差分値の絶対値が第２の所
定値以下のときに負荷急減とし、速度フィードバックの
極性が負のときには第１の所定値の逆極性値以下で速度
基準にフィルタ処理したときの速度フィードバック信号
の現在値と前回値との差分値の絶対値が第２の所定値以
下のときに負荷急増として検出する。

【００１７】

【実施例】以下、本発明の実施例について図面を参照し
て説明する。図１は、本発明の第１の実施例の概略構成
を示すブロック図である。第１の実施例では、交流電源
１から得られる交流電力を電力変換器２０により任意の
周波数と任意の交流電圧変換して、電動機５を駆動さ
せ、負荷６に動力を伝える。

【００１８】ここで、電力変換器２０にはサイクロコン
バータ、電圧型インバータ、電流型インバータ等が適用
できる。この電力変換装置の制御回路は、上記電動機の
回転子位置および速度を検出する位置速度検出器１１か
らの速度フィードバック信号と電動機の速度基準から電
動機のトルク基準を計算する速度制御部１２と、上記速
度制御部１２から出力されるトルク基準に上限値、下限
値を与えるトルクリミット１３と、上記トルク基準と上
記位置速度検出器１１から出力される位置フィードバッ
ク信号と上記電力変換器の出力に設けられた電流検出器
１７からの電流フィードバックと電動機の磁束基準とか
ら電動機５を駆動するのに必要な電圧と周波数を計算し
て上記電力変換器２０を制御する逆変換器制御信号を出
力する制御回路２１と、速度フィードバック信号と速度
制御部１２の出力であるトルク基準とからトルクリミッ
トの上限値、下限値を制御する負荷急変処理部２２とか
ら構成される。

【００１９】速度制御部１２では、速度基準SP-Rと速度
フィードバックSP-Fから比例器２３と積分器２４で比例
積分（ＰＩ）制御してトルク基準T-R1を発生することに
よって電動機速度が制御される。速度フィードバック
は、位置速度検出器１１から得られる。位置速度検出器
１１は電動機の回転子位置を検出するレゾルバ２５と回
転子位置フィードバックを微分して速度を演算する位置
速度検出部２６とから成る。

【００２０】負荷急変処理部２２は負荷急変検出回路２
７と負荷急変処理回路２８から成り、負荷急変検出回路
２７では、図２に示すように、速度フィードバックの前
回値との差分d-SP-Fと、速度制御部１２の出力であるト
ルク基準T-R1の前回値との差分d-T-R から負荷急増、負
荷急減を検出する。すなわち、図３に示すように速度基
準SP-Rが増加したことによって、速度フィードバックSP
-Fが増加する場合は、先ずトルク基準T-R1が増加して、
次に速度フィードバックが増加する。これに対して、負
荷が急増した場合は、先ず速度フィードバックが減少
し、次に速度を元に戻すためにトルク基準が増加する。
負荷が急減した場合も同様である。したがって、図２に
示すように、差分d-T-R の絶対値が固定値ａよりも小さ
いときに、差分d-SP-Fが固定値ｂよりも大きければ負荷
急減を検出したとして、FLG-LOADを「１」にセットす
る。同様に差分d-SP-Fが固定値−ｂよりも小さければ、
負荷急増を検出したとして、FLG-LOADを「−１」にセッ
トする。上記の２種類の状態にあてはまらない場合は負
荷急変がなかったとしてFLG-LOADを「０」にセットす
る。ここで、ａ、ｂは負荷急変の誤検出を防止するため
の百分率敷居値で、ａ＜ｂである。

【００２１】負荷急変処理回路２８では、負荷急変検出
回路２７からのFLG-LOAD信号の値によって次の処理を行
う。

【００２２】FLG-LOAD＝−１（負荷急増）：トルクリミ
ット１３の下限値を「０」にする。 FLG-LOAD＝０（負荷急変無）：トルクリミット１３の上
下限値を通常状態に戻す。 FLG-LOAD＝１（負荷急減）：トルクリミット１３の上限
値を「０」にする。

【００２３】そして、トルクリミットによって上下限値
を与えられたトルク基準T-R2と、電力変換器２０の出力
に設けられた電流検出器１６からの電流フィードバック
と位置速度検出器１１からの位置フィードバックと磁束
基準FLX-R とが制御回路２１に入力されて、電力変換器
制御信号を出力し、電動機５と電動機５に直結された負
荷６を駆動している。

【００２４】以上のように構成された第１の実施例によ
れば、以下のような作用効果が得られる。例えば、負荷
６が急減した場合には先ず速度フィードバックSP-Fが増
加する。この時の速度増加は、負荷急減前の負荷トルク
が、実際の負荷が急減したことによって、電動機の加速
トルクに代わってしまうために生じる。したがって、負
荷急減を検出すると直ちに正側のトルクを出力しないよ
うにすることが必要である。そこで、負荷急変検出回路
２７で負荷急減を検出すると直ちに負荷急変処理回路２
８でトルクリミットの上限値を「０」にセットすること
で、加速トルクを発生させることがなくなり、電動機が
オーバースピードになることを防止することができる。
負荷急増の場合も負荷急減の場合と同様であり、以上の
処理によって、負荷急変時の速度変動を抑制することが
できる。

【００２５】次に、本発明の第２の実施例について説明
する。図４は、本発明の第２の実施例の概略構成を示す
ブロック図である。第２の実施例は、第１の実施例と
は、負荷急変検出回路２７の検出方式が異なるのみで、
その他の部分は第１の実施例と同様であるので、ここで
は負荷急変検出回路２７の部分のみを説明する。

【００２６】負荷急変検出回路２７の詳細を図５に示
す。すなわち、速度フィードバックSP-Fの前回値との差
分d-SP-Fと、速度基準SP-Rにフィルタ処理を施した後で
前回値との差分d-SP-Rを計算する。速度基準SP-Rに施す
フィルタ処理のフィルタ時定数は、電動機の速度応答時
間以上に設定してある。

【００２７】図６に示すように、速度基準SP-Rが増加し
たことにより、速度フィードバックSP-Fが増加する場合
には、速度フィードバックSP-Fとフィルタ処理を施した
速度基準SP-R1 が同じような波形にり、さらに差分d-SP
-Rが増加してから速度フィードバックSP-Fが増加するこ
とになる。これに対して、負荷急変の場合は速度基準SP
-Rには変化がないにもかかわらず、速度フィードバック
SP-Fのみが急変する。この現象を利用して、負荷急変タ
イミングを検出する方式を図５のフローチャートに示
す。すなわち、差分d-SP-Rの絶対値が固定値ａよりも小
さく、かつ差分d-SP-Fが固定値−ｂよりも小さい場合は
負荷急増を検出したとして、FLG-LOAD＝−１にする。差
分d-SP-Rの絶対値が固定値ａよりも小さく、かつ差分d-
SP-Fが固定値ｂよりも大きい場合は負荷急減を検出した
として、FLG-LOAD＝１にする。上記以外の場合は、負荷
急変無しとしてFLG-LOAD＝０にする。ここで、ａ，ｂは
負荷急変の誤検出を防止するための百分率敷居値で、ａ
＝略０かつａ＜ｂである。

【００２８】よって、以上のように構成された第２の実
施例によれば、第１の実施例と同様の作用効果が得られ
る。次に、本発明の第３の実施例について説明する。

【００２９】図７は、本発明の第３の実施例の概略構成
を示すブロック図である。第３の実施例では、交流電源
１から得られる交流電力を電力変換器２０により任意の
周波数と任意の交流電圧変換して、電動機５を駆動さ
せ、負荷６に動力を伝える。

【００３０】ここで、電力変換器２０にはサイクロコン
バータ、電圧型インバータ、電流型インバータ等が適用
できる。この電力変換装置の制御回路は、上記電動機の
回転子位置および速度を検出する位置速度検出器１１か
らの速度フィードバック信号と電動機の速度基準から電
動機のトルク基準を計算する速度制御部３１と、上記ト
ルク基準と前記位置速度検出器１１から出力される位置
フィードバック信号と上記電力変換器の出力に設けられ
た電流検出器１７からの電流フィードバックと電動機の
磁束基準とから電動機５を駆動するのに必要な電圧と周
波数を計算して上記電力変換器２０を制御する電力変換
器制御信号を出力する制御回路３２と、速度フィードバ
ック信号と速度制御部３１の出力であるトルク基準とか
ら速度制御部３１の積分値を制御する負荷急変処理部３
３とから構成される。

【００３１】第３の実施例は、第１および第２の実施例
では、負荷急変処理部がトルクリミットの上限値、下限
値を制御していたのに対し、速度制御部３１の積分値を
制御するようにしたものである。

【００３２】速度制御部３１の比例器３４の出力は、例
えば負荷急減が発生すると直ちに負の値となる。これに
対して積分器３５では、負荷急減発生前までに積分され
た値が正ならば、この値を初期値として負方向への積分
が開始されるために、積分器３５の出力は瞬時に負には
ならない。

【００３３】よって、第３の実施例では、負荷急変を検
出すると直ちに速度制御の積分器３５の積分値を零にク
リアする。以上のように構成された第３の実施例によれ
ば、第１および第２の実施例と同様の作用効果が得られ
る。

【００３４】次に、本発明の第４の実施例について説明
する。図８は、本発明の第４の実施例の概略構成を示す
ブロック図である。第４の実施例では、交流電源１から
得られる交流電力をサイリスタ素子を逆並列に接続しブ
リッジ構成にし、任意の直流電圧に変換する逆並列型サ
イリスタコンバータ２と、前記逆並列型サイリスタコン
バータ２の出力直流電圧を平滑化する直流平滑コンデン
サ３と、前記直流平滑コンデンサ３から得られる直流電
圧を任意の周波数と任意の交流電圧に変換する逆変換器
４からなり、電動機５を駆動させ、負荷６に動力を伝え
る。

【００３５】この電力変換装置の制御回路は、上記電動
機の回転子位置および速度を検出する位置速度検出器１
１からの速度フィードバック信号と電動機の速度基準か
ら電動機のトルク基準を計算する速度制御部１２と、上
記速度制御部１２から出力されるトルク基準に傾きを与
えるトルクレート４１と、上記逆並列型サイリスタコン
バータの出力電圧基準と上記直流平滑コンデンサ３の電
圧を検出する電圧検出器１６からの電圧フィードバック
信号と逆並列型サイリスタコンバータ制御信号を出力す
る逆並列型サイリスタコンバータ制御部４２と、上記ト
ルク基準と上記位置速度検出器１１から出力される位置
フィードバック信号と上記電力変換器の出力に設けられ
た電流検出器１７からの電流フィードバックと電動機の
磁束基準とから電動機５を駆動するのに必要な電圧と周
波数を計算して上記逆変換器４を制御する逆変換器制御
信号を出力する制御回路４３と、速度フィードバック信
号と速度制御部１２の出力であるトルク基準とからトル
クレートの傾きを制御する負荷急変処理部４４とから構
成される。

【００３６】速度制御部１２では、速度基準SP-Rと速度
フィードバックSP-Fから比例器２３と積分器２４で比例
積分（ＰＩ）制御してトルク基準T-R1を発生することに
よって電動機速度が制御される。速度フィードバック
は、位置速度検出器１１から得られる。位置速度検出器
１１は電動機の回転子位置を検出するレゾルバ２５と回
転子位置フィードバックを微分して速度を演算する位置
速度検出部２６とから成る。

【００３７】負荷急変処理部４４は負荷急変検出回路４
５と負荷急変処理回路４６から成り、負荷急変検出回路
４５では、第２の実施例でも示した図６に示すように、
速度フィードバックの前回値との差分d-SP-Fと、速度制
御部１２の出力であるトルク基準T-R1の前回値との差分
d-T-R から負荷急増、負荷急減を検出する。

【００３８】負荷急変処理回路４６では、負荷急変検出
回路４５からのFLG-LOAD信号の値によって次の処理を行
う。

【００３９】FLG-LOAD＝−１（負荷急増）：トルクレー
ト４１の傾きを「０」に戻す。 FLG-LOAD＝０（負荷急変無）：トルクレート４１の傾き
を「０」に戻す。 FLG-LOAD＝１（負荷急減）：トルクレート４１の傾き
を大きく設定する。例えば圧延機のミルを考えた場合、負荷急増は材料をミ
ルが噛み込む時に発生し、負荷急減は材料がミルから抜
けるときに発生する。ミルが材料を噛み込んだ直後は、
ミルの速度はいち早く所定速度に戻す必要があるため
に、トルクレートの傾きは'0' の方が良い。またこのときは、
速度が低下する方向なので、電動機の運動エネルギーも
一時的に減少しており、装置全体の安全性を考えた場
合、安全方向に移行しているので、素早く所定速度に戻
すために、トルク基準をステップ状に与えても問題な
い。

【００４０】これに対して、ミルから材料が抜けた直後
はミルが無負荷になるために、いち早くミル速度を所定
速度に戻す必要がない。また、このときは速度が上昇す
るので、電動機の運動エネルギーも一時的に増加してお
り、この運動エネルギーを一気に回生すると、直流電圧
が過電圧になる可能性がある。

【００４１】以上のことから、負荷急減を検出した時の
み、トルクレート４１の傾きを大きく設定するのであ
る。この設定の方式は、負荷の種類や電動機の運転状況
等に左右されるため、これらの状況に応じて臨機応変に
対応することが可能であるが、ここでは代表的な例とし
て圧延機のミルの場合を取りあげて説明した。

【００４２】そして、トルクレート４１の出力であるト
ルク基準T-R3と、逆変換器４の出力に設けられた電流検
出器１７からの電流フィードバックと位置速度検出器１
１からの位置フィードバックと、磁束基準FLX-R が制御
回路４３に入力されて、逆変換器制御信号を出力し、電
動機５と電動機５に直結された負荷６を駆動している。

【００４３】以上のように構成された第４の実施例によ
れば、以下のような作用効果が得られる。例えば、負荷
６が急減した場合には先ず速度フィードバックSP-Fが増
加する。この時の速度増加は、負荷急減前の負荷トルク
が、実際の負荷が急減したことによって、電動機の加速
トルクに代わってしまうために生じる。電動機速度が増
加すると、速度制御部１２によって、電動機速度を速度
基準まで戻そうとしてトルク基準T-R1が正極性から負極
性へと急減する。これは、電動機５が負荷急減を境にし
て、力行状態から回生状態に急変することを意味する。
電動機５が回生状態になるので、回生エネルギーが直流
平滑コンデンサ３を充電する。

【００４４】このとき、逆並列型サイリスタコンバータ
２も直ちに力行運転から回生運転に移行できれば何等問
題はないが、逆並列型サイリスタコンバータ２では、力
行運転から回生運転に移行するまでには、無駄時間が必
ず発生するために、移行に時間がかかる。

【００４５】速度制御部１２の出力であるトルク基準T-
R1は急激に正から負へ変化しているが、トルクレート４
１によって、このトルク基準の変化率に制限がかけられ
るので、電動機５の回生エネルギーは緩やかに直流平滑
コンデンサ３を充電するので、直流過電圧になることが
防止できる。

【００４６】負荷急増の場合にも、トルクレート４１の
傾きを大きく設定できる負荷の場合は、負荷急減の場合
と同様の効果が得られる。以上のことから、本実施例に
よって、負荷急変時に発生する直流電圧変動を抑制する
ことができる。

【００４７】次に、本発明の第５の実施例について説明
する。図５は、本発明の第５の実施例の概略構成を示す
ブロック図である。第５の実施例では、交流電源１から
得られる交流電力をサイリスタ素子を逆並列に接続しブ
リッジ構成にし、任意の直流電圧に変換する逆並列型サ
イリスタコンバータ２と、前記逆並列型サイリスタコン
バータ２の出力直流電圧を平滑化する直流平滑コンデン
サ３と、前記直流平滑コンデンサ３から得られる直流電
圧を任意の周波数と任意の交流電圧に変換する逆変換器
４からなり、電動機５を駆動させ、負荷６に動力を伝え
る。

【００４８】この変換装置の制御回路は、上記電動機の
回転子位置および速度を検出する位置速度検出器１１か
らの速度フィードバック信号と電動機の速度基準から電
動機のトルク基準を計算する速度制御部１２と、速度フ
ィードバック信号と速度制御部１２の出力であるトルク
基準とから負荷急増、負荷急減を検出する負荷急変検出
回路４５と、負荷急変検出回路４５の出力と速度フィー
ドバックとトルク基準とが入力され、負荷急変検出回路
４５の出力が負荷急変のときは所定の値を出力し、負荷
急変検出回路４５の出力が負荷急変でないときには速度
フィードバックとトルク基準から逆変換器出力電力を計
算し出力する逆変換器出力電力計算部５１と、上記逆並
列型サイリスタコンバータの出力電圧基準と上記直流平
滑コンデンサ３の電圧を検出する電圧検出器１５からの
電圧フィードバック信号と上記逆変換器出力電力計算部
５１から出力される出力電力信号から逆並列型サイリス
タコンバータ制御信号を出力する逆並列型サイリスタコ
ンバータ制御部１６と、上記トルク基準と上記位置速度
検出器１１から出力される位置フィードバック信号と上
記逆変換器の出力に設けられた電流検出器１７からの電
流フィードバックと電動機の磁束基準とから電動機５を
駆動するのに必要な電圧と周波数を計算して上記逆変換
器４を制御する逆変換器制御信号を出力する制御回路１
８とから構成される。

【００４９】速度制御部１２では、速度基準SP-Rと速度
フィードバックSP-Fから比例器２３と積分器２４で比例
積分（ＰＩ）制御してトルク基準T-R1を発生することに
よって電動機速度が制御される。速度フィードバック
は、位置速度検出器１１から得られる。位置速度検出器
１１は電動機の回転子位置を検出するレゾルバ２５と回
転子位置フィードバックを微分して速度を演算する位置
速度検出部２６とから成る。

【００５０】負荷急変検出回路４５では、図６に示すよ
うに、速度フィードバックの前回値との差分d-SP-Fと、
速度制御部１２の出力であるトルク基準T-R1の前回値と
の差分d-T-R から負荷急増、負荷急減を検出し、その結
果FLG-LOADを逆変換器出力電力計算部５１に渡す。

【００５１】逆変換器出力電力計算部５１では、負荷急
変が発生していないときは、速度フィードバックSP-Fと
トルク基準T-R1との乗算によって出力電力POWER を計算
して、サイリスタコンバータ制御部１６に出力してい
る。

【００５２】逆並列型サイリスタコンバータ装置２は、
一般的に力行運転と回生運転の切り替えを行う際に無駄
時間が発生するため、極端に電圧応答が悪くなる。負荷
急変が発生した場合は、電動機５が力行状態から回生状
態へ切り替わる場合が多いので、サイリスタコンバータ
制御部１６にいち早く、この変化を知らせる必要があ
る。したがって、負荷急変時には、上記出力電力POWER
の計算を待たずに、以下に示す処理を行う。

【００５３】FLG-LOAD＝−１（負荷急増）：逆並列型サ
イリスタコンバータの最大出力電力の１０％分をPOWER
として出力する。 FLG-LOAD＝１（負荷急減）：逆並列型サイリスタコン
バータの最大出力電力の−１０％分をPOWER として出力
する。

【００５４】逆変換器出力電力計算部５１では、以上の
処理の後で、速度フィードバックSP-Fとトルク基準T-R1
との乗算を行い、この結果の絶対値が上記負荷急変時に
設定した固定出力電力分（１０％）よりも大きくなれ
ば、以降の出力電力POWER を速度フィードバックSP-Fと
トルク基準T-R1の乗算結果にして出力する。

【００５５】サイリスタコンバータ制御部１６は、電圧
基準V-R と直流平滑コンデンサ３の電圧を検出する電圧
検出器１５からの電圧フィードバックと逆変換器出力電
力計算部５１から出力される出力電力POWER とによっ
て、逆並列型サイリスタコンバ−タを電圧制御するサイ
リスタコンバ−タ制御信号が出力される。すなわち、出
力電圧基準V-R と電圧フィードバック信号V-F によっ
て、比例積分制御が行われ、この出力に出力電力信号PO
WER が加算されることで、いち早く電圧制御を行うもの
である。

【００５６】以上のように構成された第４の実施例によ
れば、以下のような作用効果が得られる。例えば、負荷
６が急減した場合には先ず速度フィードバックSP-Fが増
加する。この時の速度増加は、負荷急減前の負荷トルク
が、実際の負荷が急減したことによって、電動機の加速
トルクに代わってしまうために生じる。電動機速度が増
加すると、速度制御部１２によって、電動機速度を速度
基準まで戻そうとしてトルク基準T-R1が正極性から負極
性へと急減する。これは、電動機５が負荷急減を境にし
て、力行状態から回生状態に急変することを意味する。
電動機５が回生状態になるので、回生エネルギーが直流
平滑コンデンサ３を充電する。

【００５７】このとき、逆並列型サイリスタコンバータ
２も直ちに力行運転から回生運転に移行できれば何等問
題はないが、逆並列型サイリスタコンバータ２では、力
行運転から回生運転に移行するまでには、無駄時間が必
ず発生するために、移行に時間がかかる。この無駄時間
を最小にするために、負荷急減を検出すると直ちに逆変
換器出力電力計算部５１では、出力電力計算に関係無
く、出力電力POWER を逆並列型サイリスタコンバータ２
の最大出力電力のー 10% に設定してサイリスタコンバー
タ制御部１６に出力する。これにより、サイリスタコン
バータ制御部１６の出力は、いち早く力行状態から回生
状態へ移行するため、直流過電圧になることが防止でき
る。

【００５８】負荷急増の場合にも、負荷急減の場合と同
様の効果が得られる。以上のことから、本実施例によっ
て、負荷急変時に発生する直流電圧変動を抑制すること
ができる。

【００５９】

【発明の効果】本発明によれば、負荷急変時の電動機の
速度変動および直流電圧変動を抑制することができる。
本発明の請求項１に記載の電力変換装置では、負荷急減
を検出すると直ちに電動機トルク基準の上限値を零に
し、負荷急増を検出すると直ちに電動機トルク基準の下
限値を零にすることにより、負荷急変時に発生する電動
機の速度変動および直流電圧変動を抑制することができ
る。

【００６０】本発明の請求項２に記載の電力変換装置で
は、負荷急減または負荷急増を検出すると直ちに電動機
速度制御部の積分値を零にクリアすることにより、負荷
急変時に発生する電動機の速度変動および直流電圧変動
を抑制することができる。

【００６１】本発明の請求項３に記載の電力変換装置で
は、負荷急減を検出すると直ちにトルクレートの傾きを
大きく設定することにより、負荷急減時に発生する電動
機の速度変動および直流電圧変動を抑制することができ
る。

【００６２】本発明の請求項４に記載の電力変換装置で
は、負荷急減を検出したときは逆変換器出力電力計算手
段では負極性の固定電力値を出力電力信号として前記逆
並列型サイリスタコンバータ制御部に出力して逆並列型
サイリスタコンバータの出力直流電圧を低くすること
で、負荷急減時に発生する電動機の速度変動および直流
電圧変動を抑制することができ、負荷急増を検出したと
きは逆変換器出力電力計算手段では正極性の固定電力値
を出力電力信号として前記逆並列型サイリスタコンバー
タ制御部に出力して逆並列型サイリスタコンバータの出
力直流電圧を高くすることで、負荷急増時に発生する電
動機の速度変動および直流電圧変動を抑制することがで
きる。

【００６３】本発明の請求項５に記載の電力変換装置で
は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置の
負荷急変検出回路を速度フィードバック信号の現在値と
前回値との差分値が速度フィードバックの極性が正のと
きには所定値ｂ以上でトルク基準の差分値の絶対値が所
定値ａ以下のときに負荷急減とし、速度フィードバック
の極性が負のときには所定値−ｂ以下でトルク基準の差
分値の絶対値が所定値ａ以下のときに負荷急増として検
出するようにして、負荷急増時に発生する電動機の速度
変動および直流電圧変動を抑制する。

【００６４】本発明の請求項６に記載の電力変換装置で
は、請求項１乃至４のいずれかに記載の電力変換装置の
負荷急変検出回路を速度フィードバック信号の現在値と
前回値との差分値が速度フィードバックの極性が正のと
きには所定値ｂ以上で速度基準にフィルタ処理したとき
の速度フィードバック信号の現在値と前回値との差分値
の絶対値が所定値ａ以下のときに負荷急減とし、速度フ
ィードバックの極性が負のときには所定値−ｂ以下で速
度基準にフィルタ処理したときの速度フィードバック信
号の現在値と前回値との差分値の絶対値が所定値ａ以下
のときに負荷急増として検出するようにして、負荷急増
時に発生する電動機の速度変動および直流電圧変動を抑
制する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例１の電力変換装置の概略構成
を示すブロック図。

【図２】本発明の実施例１の負荷急変検出回路の詳細
を示す図。

【図３】本発明の実施例１の負荷急変検出回路の検出
原理を示す図。

【図４】本発明の実施例２の電力変換装置の概略構成
を示すブロック図。

【図５】本発明の実施例２の負荷急変検出回路の詳細
を示す図。

【図６】本発明の実施例２の負荷急変検出回路の検出
原理を示す図。

【図７】本発明の実施例３の電力変換装置の概略構成
を示すブロック図。

【図８】本発明の実施例４の電力変換装置の概略構成
を示すブロック図。

【図９】本発明の実施例５の電力変換装置の概略構成
を示すブロック図。

【図１０】従来の電力変換装置の制御方式の概略構成
を示すブロック図。

【符号の説明】

１・・・交流電源２・・・逆並列型サイリスタコンバータ３・・・直流平滑コンデンサ４・・・逆変換器５・・・電動機６・・・負荷１１・・・位置速度検出器１２、３１・・・速度制御部１３・・・トルクリミット１４、５１・・・逆変換器出力電力計算部１６、４２・・・サイリスタコンバータ制御部１８、２１、３２、４３・・・制御回路２０・・・電力変換器２２、３３、４４・・・負荷急変処理部２３、３４・・・比例回路２４、３５・・・積分回路２７、３６、４５・・・負荷急変検出回路２８、３７、４６・・・負荷急変処理回路４１・・・トルクレート

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】交流電源から得られる交流電力を任意の
周波数と任意の電圧に変換して電動機の速度制御を行う
電力変換器と、この電力変換器の出力側に設けられた電
流検出手段と、前記電動機の回転子位置および速度を検
出する位置速度検出手段と、この位置速度検出手段から
の速度フィードバック信号と予め設定された速度基準と
に基づいて前記電動機のトルク基準を計算する速度制御
手段と、この速度制御手段から出力されるトルク基準に
上限値を与えるトルクリミッタと、負荷急変を検出する
負荷急変検出手段と、この負荷急変検出手段からの負荷
急変信号に基づいて負荷急減のときには前記トルクリミ
ッタの上限値を零にし、負荷急増のときには前記トルク
リミッタの下限値を零にする負荷急変処理手段と、前記
トルクリミッタからのトルク基準と前記位置速度検出手
段から出力される位置フィードバック信号と前記電流検
出手段からの電流フィードバック信号と予め設定された
前記電動機の磁束基準とに基づいて前記電動機を駆動す
るのに必要な電圧と周波数を計算して前記電力変換器を
制御する電力変換器制御信号を出力する制御手段とを具
備したことを特徴とする電力変換装置。
【請求項２】交流電源から得られる交流電力を任意の
周波数と任意の電圧に変換して電動機の速度制御を行う
電力変換器と、この電力変換器の出力側に設けられた電
流検出手段と、前記電動機の回転子位置および速度を検
出する位置速度検出手段と、この位置速度検出手段から
の速度フィードバック信号と予め設定された速度基準と
に基づいて比例積分により前記電動機のトルク基準を計
算する速度制御手段と、負荷急変を検出する負荷急変検
出手段と、この負荷急変検出手段からの負荷急変信号に
基づいて負荷急減または負荷急増のときには前記速度制
御手段の積分値を零にする負荷急変処理手段と、前記ト
ルク基準と前記位置速度検出手段からの位置フィードバ
ック信号と前記電流検出手段からの電流フィードバック
信号と予め設定された前記電動機の磁束基準とに基づい
て前記電動機を駆動するのに必要な電圧と周波数を計算
して前記電力変換装置を制御する電力変換装置制御信号
を出力する制御手段とを具備したことを特徴とする電力
変換装置。
【請求項３】サイリスタ素子を逆並列に接続したもの
をブリッジ構成にし、交流電源から得られる交流電力を
任意の直流電圧に変換するた逆並列型サイリスタコンバ
ータ手段とこの逆並列型サイリスタコンバータの出力直
流電圧を平滑化する直流平滑コンデンサとこの直流平滑
コンデンサから得られる直流電圧を任意の周波数と任意
の交流電圧に変換する逆変換器とを有し、電動機の速度
制御を行う電力変換器と、この電力変換器の出力側に設
けられた電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサの電
圧を検出する電圧検出手段と、予め設定された前記逆並
列型サイリスタコンバータの出力電圧基準と前記電圧検
出手段からの電圧フィードバック信号とに基づいて逆並
列型サイリスタコンバータ制御信号を出力する逆並列型
サイリスタコンバータ制御手段と、前記電動機の回転子
位置および速度を検出する位置速度検出手段と、この位
置速度検出手段からの速度フィードバック信号と予め設
定された速度基準とに基づいて前記電動機のトルク基準
を計算する速度制御手段と、この速度制御手段からのト
ルク基準に傾きを与えるトルクレート手段と、負荷急変
を検出する負荷急変検出手段と、この負荷急変検出手段
からの負荷急変信号が負荷急減を示すときには前記トル
クレート手段の傾きを大きく設定し、これ以外のときは
トルクレート手段の傾きを零に設定する負荷急変処理手
段と、前記トルク基準と前記位置速度検出手段からの位
置フィードバック信号と前記電流検出手段からの電流フ
ィードバック信号と予め設定された前記電動機の磁束基
準とに基づいて前記電動機を駆動するのに必要な電圧と
周波数を計算して前記電力変換器を制御する電力変換器
制御信号を出力する制御手段とを具備したことを特徴と
する電力変換装置。
【請求項４】サイリスタ素子を逆並列に接続したもの
をブリッジ構成にし、交流電源から得られる交流電力を
任意の直流電圧に変換するた逆並列型サイリスタコンバ
ータ手段とこの逆並列型サイリスタコンバータの出力直
流電圧を平滑化する直流平滑コンデンサとこの直流平滑
コンデンサから得られる直流電圧を任意の周波数と任意
の交流電圧に変換する逆変換器とを有し、電動機の速度
制御を行う電力変換器と、この電力変換器の出力側に設
けられた電流検出手段と、前記直流平滑コンデンサの電
圧を検出する電圧検出手段と、前記電動機の回転子位置
および速度を検出する位置速度検出手段と、この位置速
度検出手段からの速度フィードバック信号と予め設定さ
れた速度基準とに基づいて前記電動機のトルク基準を計
算する速度制御手段と、負荷急変を検出する負荷急変検
出手段と、この負荷急変検出手段からの負荷急変信号と
前記速度フィードバック信号と前記トルク基準とに基づ
いて、負荷急減および負荷急増でないときには前記速度
フィードバック信号と前記トルク基準とに基づいて前記
逆変換器の出力電力を計算して出力し、負荷急減および
負荷急増のときには所定の値を出力する逆変換器出力電
力計算手段と、前記逆並列型サイリスタコンバータの出
力電圧基準と前記電圧検出手段からの電圧フィードバッ
ク信号と逆変換装置出力電力計算手段から出力される出
力電力信号とに基づいて逆並列型サイリスタコンバータ
制御信号を出力する逆並列型サイリスタコンバータ制御
部と、前記トルク基準と前記位置速度検出手段から出力
される位置フィードバック信号と前記電流検出手段から
の電流フィードバック信号と予め設定された前記電動機
の磁束基準とに基づいて前記電動機を駆動するのに必要
な電圧と周波数を計算して前記電力変換器を制御する電
力変換器制御信号を出力する制御手段とを具備したこと
を特徴とする電力変換装置。
【請求項５】前記負荷急変検出手段は、前記位置速度
検出手段からの速度フィードバック信号の現在値と前回
値との差分値が速度フィードバックの極性が正のときに
は第１の所定値以上でトルク基準の差分値の絶対値が第
２の所定値以下のときに負荷急減とし、速度フィードバ
ックの極性が負のときには前記第１の所定値の逆極性値
以下でトルク基準の差分値の絶対値が前記第２の所定値
以下のときに負荷急増とすることを特徴とする請求項１
乃至４のいずれかに記載の電力変換装置。
【請求項６】前記負荷急変検出手段は、前記位置速度
検出手段からの速度フィードバック信号の現在値と前回
値との差分値が速度フィードバックの極性が正のときに
は第１の所定値以上で速度基準にフィルタ処理したとき
の速度フィードバック信号の現在値と前回値との差分値
の絶対値が第２の所定値以下のときに負荷急減とし、速
度フィードバックの極性が負のときには前記第１の所定
値の逆極性値以下で速度基準にフィルタ処理したときの
速度フィードバック信号の現在値と前回値との差分値の
絶対値が前記第２の所定値以下のときに負荷急増とする
ことを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の電
力変換装置。