JPS5923199B2

JPS5923199B2 - 三相誘導電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JPS5923199B2
Application number: JP53018593A
Authority: JP
Inventors: 晴芳北吉; 有恒近藤
Original assignee: Tsubakimoto Chain Co
Current assignee: Tsubakimoto Chain Co
Priority date: 1978-02-22
Filing date: 1978-02-22
Publication date: 1984-05-31
Also published as: JPS54111616A

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、三相誘導電動機を２速度電動機として使用す
る場合に、高速度から低速度への減速を迅速ならしめて
負荷機械の位置ぎめ停止等に好適ならしめた速度制御装
置に関する。

従来から、三相誘導電動機を双方向性サイリスタを用い
た間引き通電により１／６ｎ±１（ｎは整数）の速度比
をもつ低速度に切換える２速度制御方式が提案されてい
る。

この方式は安価で汎用電動機に適用できる利点があるた
め、負荷機械の位置ぎめ停止を行う２速度電動機の制御
に多用されており、特に１／１１、１／１３などの速度
比が多く用いられている。しかしながら、上記方式は、
低速度に切換えたときに生ずる回生制動力が弱いため、
高速度から低速度への移行に時間がかかる欠点があつた
。

例えば、第１図は速度比が１／１１となるよう間引き通
電した誘導電動機の回転数−トルク特性図であり、曲線
ａは全電圧印加時の特性、曲線ｂ、ｃは間引き通電によ
り１／１１の速度比の低速運転をしたときの特性である
。一般に、間引き通電により電動機を低速運転する場合
には、電動機インピーダンスの低下により大電流が流れ
て負荷時間率が低下することを防ぐため、及び振動、騒
音を小ならしめるため、位相制御によつて印加電圧を極
力小さくするように制御する。曲線ｂは印加’ 電圧が
大、曲線ｃは小なる場合の特性であるが、いずれも低速
運転に切換えたときの回生制動トルクは小であり、特に
負荷の慣性が大きい場合には、高速から低速への移行時
間がかなりかかるのである。そのため、従来は高速から
低速に移行する際に、減速範囲ｄの間は最大電圧を加え
、その後は負荷駆動に要する低速トルクを発生するに足
る最小限の電圧を印加するよう位相制御をするという制
御方法が用いられていた。

これにより減速期間の制動力を大ならしめると同時に低
速時の振動、騒音を抑制するという目的は或る程度達成
し得たが、間引き通電においては、前記制動トルクは全
電圧を加えても曲線ｂの程度であつて不充分である。本
発明の目的は、高速運転から間引き通電による低速運転
に切換えるときに、一旦制動トルクが大なる中程度に切
換えてから更に低速度に切換えることにより、高速度か
ら低速度への移行時間を従来よりも大巾に短縮し得る三
相誘導電動機の速度制御装置を提供するにある。第２図
は本発明による電動機の回転数トルク特性を示し、曲線
Ａ，ｃは第１図と同様であり、曲線ｅは速度比写の中速
運転時のトルク特性を示す。

同図かられかるように、速度ｎ１からＮ２に減速するま
での制動力は曲線ｅの方が曲線ｃよりも平均してかなり
大である。そこで中速運転によりｎ１からＮ２まで減速
し、Ｎ２゜からＮ３までは低速運転により減速させれば
、慣性がかなり大なる負荷に対しても迅速に減速させる
ことができるのである。ｎ１からＮ２までの減速時間は
負荷ごとにほぼ一定であるとみてよいから、本発明によ
れば、中速運転時の速度比及び中速から低速への切換時
点を適当に定めることによつて最良の減速制御を行うこ
とができる。以下本発明の実施例を図面を参照して説明
する。

第３図は１／６ｎ−１の速度比をもつて低速運転する場
合の本発明のプロツク回路図を示す。Ｒ，Ｓ，Ｔは三相
交流電源、Ｍは三相誘導電動機、Ｕ，ｖ，ｗはＹ結線し
た電機子巻線、ＭＣｌ，ＭＣ２はそれぞれ高速運転用及
び低速運転用の電磁接触器接点である。高速運転から低
速運転に切換える場合は低速指令信号によりＭＣｌを開
きＭＣ２を閉じて双方向性スイツチング素子（以下サイ
リスタと称する）ＴＨｌ，ＴＨ２，ＴＨ３を介して電動
機Ｍに間引き通電をする。１／６ｎ−１の速度比に減速
する場合は、間引き通電により電動機Ｍに加わる三相低
周波゛亀圧成分は電源電圧と相回転が逆になるので、サ
イリスタＴＨｌ〜ＴＨ３の回路は図示のように２相を入
れ替えて接続する。

Ａは電源の正負の線間電圧に対応した６個の同期信号ａ
を出力する同期信号発生装置、Ｂは６進リングカウンタ
（以下単にカウンタと称する）Ｄの出力ｄにより同期信
号ａを順次選択して基準信号ｂを出力する基準信号発生
装置、Ｃは基準信号ｂを分周する１／ｎ分周器で、速度
比を１／１１にする場合はΣ分周器である。Ｅはカウン
タＤの出力ｄを論理結合してサイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３
の点弧可能期間を定める相別基準信号ｅを出力する相別
基準信号発生装置、Ｆはモード切換器で、低速指令信号
がＳに入力してから所定時間（前記減速時間）の間はカ
ウンタＤを基準信号ｂにより作動させ、その後は分周器
Ｃの出力信号によりカウンタＤを作動させる。前記所定
時間は可変抵抗１７により調節される。Ｇは基準信号ｂ
の立上り又は立下り時点より位相αだけ遅れた時点で点
弧位相調整信号ｇを出力する点弧位相調整器で、位相α
は可変抵抗２７により調整される。Ｈは信号ｅ（５ｇと
を論理処理及び増巾してサイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３に点
弧パルスｈを与える点弧パルス発生装置である。第４図
はｎ＝２とした場合の第３図の要部詳細を示す。

同期信号発生装置Ａは電源Ｒ，Ｓ，Ｔの各線間に接続し
た同一構成の３個の回路からなる。電源Ｒ，Ｔに接続し
た回路について説明すると、ホトカプラー１と抵抗２，
３とは線間電圧（第５図ｖ）と反対位相の信号を発生し
、抵抗４，５及びインバータ６，７が構成するシユミツ
ト回路は該信号を整形して同期信号Ａ３を出力する。更
にインバータ８にて信号Ａ３を線間電圧と同期信号Ａ６
に変換する。線間゛亀圧Ｒ−Ｓ，Ｓ−Ｔについても同様
にしてそれぞれ反対位相の同期信号Ａｌ，ａ２及び同相
同期信号Ａ４，ａ５を出力する。

第５図は第４図の各部の信号波形を示し、ａ１〜Ａ６は
″亀源の線間電圧の正負に対応した矩形波信号である。

基準信号発生装置Ｂは６個のＡＮＤ素子９〜１４と０Ｒ
素子１５とからなり、ＡＮＤ素子９〜１４は同期信号ａ
１〜Ａ６の１つの信号と後記するカウンタＤの出力ＤＯ
〜Ｄ５の１つの出力との各論理積信号を出力し、該出力
により後述する如くカウンタＤがシフトすると、シフト
ごとに同期信号ａ１〜Ａ６のうち６０度位相が進んだ次
の同期信号が順次選択されて０Ｒ素子１５から出力する
。

これが基準信号ｂである。−分周器Ｃは本実施例ではＪ
−Ｋフリツプ・フロツプであり、端子Ｊ，ＫをＨレベル
に固定しておくと、端子Ｃに信号が入力するごとに端子
Ｑの出力レベルが反転して、２回の入力信号に対し１回
のパルス出力を生ずる。

モード切換器Ｆはモノマルチバイブレータ１６、．可変
抵抗１７、インバータ１８、ＡＮＤ素子１９，２０及び
０Ｒ素子２１からなる。

高速運転の場合はモノマルチバイブレータ１６は不作動
状態にあり、そのＱ出力はＬレベルであるためＡＮＤ素
子１９は開きＡＮＤ素子２０は閉じている。したがつて
カウンタＤは分周器Ｃの出力によつてシフトされる。し
かし低速指令信号がＳ点に入力するとモノマルチバイブ
レータ１６は作動状態となり、可変抵抗１７によつて定
まる時間Ｔの間だけＱ出力がＨレベルとなつてＡＮＤ素
子１９を閉じ一ＡＮＤ素子２０を開く。これによりカウ
ンタＤは基準信号ｂによりシフトされる。次に基準信号
発生装置ＢとカウンタＤとの関係動作を説明する。

（１）カウンタＤが分周器Ｃの出力によりシフトされる
場合（第５図）いまある時点でカウンタＤの内容がＯで
、端子０１がＨレベル、他の端子１〜５がＬレベルであ
るとすると、ＡＮＤ素子１３のみが開いて信号Ａ３を選
択し、０Ｒ素子１５の出力は第５図ｂの如く時刻Ｔ，か
らＴ２までＨレベル、Ｔ２，からＴ３までＬレベルとな
る。

この信号は分周器Ｃに入力するが１回目の信号であるか
ら分周器Ｃは出力せず、カウンタＤの内容は変らない。
次にＴ３において信号Ａ３が再びＨレベルになると分周
器Ｃが出力してカウンタＤの内容を１にする。これによ
り端子０はＬレベルとなり端子１がＨレベルとなる。し
たがつてＡＮＤ素子１３は閉じＡＮＤ素子１０が開いて
信号Ａ４を選択する。この信号Ａ４はＴ４でＬレベルと
なり、Ｊｔ５で再びＨレベルとなるが分周器Ｃは出力し
ない信号Ａ４がＴ６でＬレベルとなり、Ｔ７で再ひＨレ
ベルになると、分周器Ｃが出力してカウンタＤの内容を
２にする。

その結果端子１はＬレベル端子２・がＨレベルになつて
ＡＮＤ素子１０が閉じＡＮＤ素子１１が開いて信号Ａ２
を選択する。以下順次このような動作が進行して、０Ｒ
素子１５からは、電源電圧の位相角で１８０度と１２０
度のＨレベル期間が１８０度のＬレベル期間をおいて交
互に現われる基準信号ｂが出力する。

第５図ｃは分周器Ｃの出力、ＤＯ〜Ｄ５はカウンタＤの
出力であり、波形図ｂに付した文字Ａ３，ａ４・・・は
選択された同期信号を表わし、波形図ｃに付した数字は
カウンタＤの内容を表わす。２）カウンタＤが基準信号
ｂによりシフトされる場合（第６図）（１）項と同様に
、ある時点でカウンタＤの内容がＯで、信号Ａ３が選択
されていると、第６図ｂの如く０Ｒ素子１５の出力はＴ
，においてＨレベルとなると同時にカウンタＤをシフト
して内容を１にする。

これによりＡＮＤ素子１３が閉じＡＮＤ素子１０が開い
て信号Ａ４を選択する。したがつて０Ｒ素子１５からは
Ａ４が出力し、Ｔ２においてＬレベルとなる。次にＴ３
において信号Ａ４が再びＨレベルになるとカウンタＤが
内容２にシフトし、ＡＮＤ素子１０が閉じてＡＮＤ素子
１１が開く。

したがつて０Ｒ素子１５からは信号Ａ２が出力し、Ｔ４
でＬレベルとなる。以下同様にして、０Ｒ素子１５から
は、電源電圧の位相角で１２０度のＨレベル期間と１８
０度のＬレベル期間とが交互に現われる基準信号ｂが出
力する。

第６図ＤＯ〜Ｄ５・はこの場合のカウンタＤの出力であ
る。相別基準信号発生装置Ｅは３個の０Ｒ素子２２，２
３，２４を有し、０Ｒ素子２２は信号ＤＯ，ｄｌ，ｄ３
，ｄ４の論理和信号ｅ１を、０Ｒ素子２３は信号Ｄｌ，
ｄ２，ｄ４，ｄ５の論理和信号Ｅ２を、また０Ｒ素子２
４は信号Ｄ２，ｄ３，ｄ５，ｄＯの論理和信号Ｅ３をそ
れぞれ相別基準信号として出力する。

信号Ｅｌ，ｅ２，ｅ３は、カウンタＤが分周器Ｃの出力
によりシフトされる場合は第５図に一．
１１示すように電源電圧の一サイクルを
１周期とし２４０度の巾で互に１２０度の位相差を有す
るパルスであり、またカウンタＤが基準信号ｂによりシ
フトされる場合は、第６図に示すように電源電圧の一サ
イクルを１周期としやはり２４０度の巾で互に１２０度
の位相差を有するパルスである。

点弧位相調整器Ｇはインバータ２５，３０、モノマルチ
バイブレータ２６、可変抵抗２７、抵抗２８、コンデン
サ２９及びＡＮＤ素子３１からなる。

モノマルチバイブレータ２６はクランプ端子ＣＤｂ３Ｌ
レベルにある間は作動しない。しかしクランプ端子がＨ
レベルになつたときはインバータ２５から基準信号ｂの
反転信号ｂが入力したときに作動してＱ端子から抵抗２
７によつて定まる巾の信号ｇ１を出力する。信号ｇ１は
信号ｂがＬからＨにレベル変化した時点から巾αの間Ｌ
レベルとなる。またインバータ３０は抵抗２８とコンデ
ンサ２９とによつて定まる時間だけｇ１より遅れた反転
信号Ｇ２を出力し、ＡＮＤ素子３１はｇ１とＧ２との論
理和信号Ｇ３を出力する。

したがつてＧ３は基準信号Ｂｂ５ＨからＬレベルに変化
した時点より可変抵抗２７によつて定まる位相αだけ遅
れたパルス信号となる。点弧パルス発生装置ＨはＡＮＤ
素子３２，３３，３４と、これにそれぞれ接続する増巾
器３２１等からなり、該各ＡＮＤ素子はそれぞれ信号ｅ
１とＧ３，ｅ２とＧ３，ｅ３とＧ３の各論理積信号Ｈｌ
，ｈ２，ｈ３を出力する。

該信号ｈ１〜Ｈ３を増巾してサイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３
の点弧信号とすれば、電動機Ｍには第５図又は第６図に
示す間引き電圧Ｖｌ，ｖ２，ｖ３が印加される。電圧Ｖ
ｌ，ｖ２，ｖ３の基本波は、（１）カウンタＤが分周器
Ｃによりシフトされる場合（第５図）は電源周波数の一
の低周波三相交流電圧であつて、電動機Ｍを定格速度（
高速度）の一）
１１の低速度に回転させるし、（２）カウンタ
Ｄが基準信号によりシフトされる場合（第６図）は電源
周波数の査の三相交流電圧であつて電動機Ｍを定格速度
のτの中速度に回転させる。

なお上記原理を拡張すれば、一般に一分周器ＮＣを用い
て電動機Ｍを定格速度の１／６ｎ−１の低速度で回転さ
せ得ることは容易に理解されよう。

次に本発明の作用を説明する。

高速運転時には接点ＭＣ２は開いているが、更に、低速
指令信号がないから遅延回路３５の出力はＬレベルであ
つて、点弧位相調整器Ｇのモノマルチバイブレータ２６
は不作動状態にある。

故に）Ｇ３は出力せず、点弧パルス発生装置Ｈも出力し
ない。

低速指令信号により接点ＭＣｌが開きＭＣ２が閉じると
、モード切換器Ｆのモノマルチバイブレータ１６も作動
してそのＱ出力が時間Ｔの間Ｈレベルとなる。

したがつて基準信号ｂがＡＮＤ素子２０、０Ｒ素子２１
を介してカウンタＤに入力し、これをシフトさせる。し
かし遅延回路３５の出力が未だＬレベルにある間は点弧
位相調整器Ｇは不作動状態にあるからサイリスタＴＨｌ
〜ＴＨ３は点弧されない。遅延回路３５の出力が定めら
れた遅延時間後にＨレベルとなると点弧位相調整器Ｇが
作動し、サイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３が点弧されて電動機
Ｍが低速運転に切換えられる。

前記のようにサイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３は入出力端が逆
相接続になつているので、接点ＭＣｌとＭＣ２の開閉時
に短絡される危険があるが、前記遅延時間を設けること
によつてこの危険を避けることができる。遅延時間は０
．１秒程度で充分であり、高速運転から低速運転への移
行に対して悪影響を及ほすことはない。低速時の速度比
が１／６ｎ＋１である場合はサイリスタＴＨｌ〜ＴＨ３
の入出力端が同相接続（第７図）となるから、前記遅延
時間は不要である。前記遅延時間が経過したとき、カウ
ンタＤには基準信号ｂが入力しているので、電動機Ｍは
レうの中速運転状態となり、第２図軸線ｅに示す大なる
制動トルクによつて高速度Ｎ，から中速度Ｎ２まで急速
に減速する。マルチバイブレータ１６の設定時間ＴをＮ
，までの減速時間にほぼ等しく定めておくと、時間Ｔ後
にマルチバイブレータ１６の出力がＬレベルになり、カ
ウンタＤは分周期Ｃの出力によつてシフトされる。した
がつて電動機Ｍは１／１１の低速運転に切換えられ、そ
の後は第２図曲線ｃの大なる制動トルクにより減速され
、遂に低速度Ｎ，となる。前記設定時間Ｔを曲線ｅが負
の最大トルクをすぎて曲線ｃと交わる点までの減速時間
に略等しくしておけば、平均制動トルクを最大ならしめ
ることができる。

低速度における電動機駆動トルクは点弧位相調整器Ｇの
可変抵抗２７により変えることができるから、これと時
間Ｔの調整とによつて電動機Ｍの低速運転への移行時間
を最小ならしめることができる。

第７図は電動機を定格速度の１／６ｎ＋１に低速運転す
る実施例のプロツク回路図であり、第８図はその要部詳
細回路図である。

図中第３図、第４図と同符号のものは同じ構成部分を示
す。本実帷例においては、低速時に電動機Ｍに印加され
る間引き電圧は電源電圧と同じ相回転となるので、サイ
リスタＴＨｌ〜ＴＨ３の入出端はそれぞれ同相に接続さ
れる。本実施例とさきの実帷例と異る点は、基準信号発
生装置Ｂに微分回路３６、マルチバイブレータ３７及び
０Ｒ素子３８からなる補助回路Ｂｓを付加したこと、及
び基準信号発生装置ＢとカウンタＤと相別基準信号発生
装置Ｅとの間の接続が若干異ることである。

本実帷例の作用を第９図、第１０図を参照して説明する
。

（１）カウンタＤが分周器Ｃの出力によりシフトされる
場合（第９図）ある時点でカウンタＤの内容がＯである
とすると、ＡＮＤ素子１０のみが開いて信号Ａ４が０Ｒ
素子１５を通過し、微分回路３６は第９図において時刻
ｔ１で微分パルスＢ２を出力し、モノマルチバイブレー
タ３７をトリガする。

モノマルチバイブレータ３７の出力パルス巾を電源電圧
ｖの位相巾で６０度より大きく１８０度より小となるよ
うに調整しておくと、０Ｒ素子３８の出力ｂはｔ１でＨ
，ｔ２でＬとなり、信号Ａ４，と同じ巾のパルスとなる
。このパルスは分周器Ｃの１回目の入力信号であるから
分周器Ｃは出力せず、カウンタＤの内容は変らない。し
たがつてＴ２以後も信号Ａ４がＡＮＤ素子１５を通過す
る。信号Ａ４が時刻Ｔ３で再びＨになると、前記と同様
に０Ｒ素子３８から分周器Ｃに２回目の信号が出力して
これを作動させ、カウンタＤの内容を１にする。

これによりＡＮＤ素子１０は閉じＡＮＤ素子１３が開い
て信号Ａ３を選択する。信号Ａ３はＡ４より位相が６０
度遅れているから、Ｔ３ではＬレベルであり、それより
６０度遅れた時刻Ｔ４でＨレベルとなる。したがつて０
Ｒ素子１５の出力ｂ１はＴ３で一旦Ｈレベルとなつたの
ち、直ちにＬレベルになるヒゲパルスとなり、時刻Ｔ４
で信号Ａ３によりＨレベルとな全体の減速時間を従来よ
り遥かに短縮しうる効果がある。なお前記実施例では、
中速から低速へ自動切換えをしたが、切換えのタイミン
グがよければ手動切換えをしてもよいことは勿論である
。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来方法による三相誘導電動機の２速度切換え
運転時の回転数−トルク特性図、第２図は本発明による
第１図と同様の回転数一トルク特性図、第３図は本発明
の一実施例のプロツク回路図、第４図は同じく論理回路
図、第５図、第６図は第４図の各部の動作波形図、第７
図は本発明の他の実帷例のプロツク回路図、第８図は同
じく要部の論理回路図、第９図、第１０図は第８図の各
部の動作波形図である。ＴＨｌ，ＴＨ２，ＴＨ３・・・・・・双方向性スイツチ
ング素子、Ｍ・・・・・・三相誘導電動機、Ｂ・・・・
・・基準信号発生装置、Ｃ・・・・・・一分周器、Ｄ・
・・・・・６進リングｎカウンタ、Ｅ・・・・・・相別
基準信号発生装置、Ｆ・・・・・・モード切換器、Ｇ・
・・・・・点弧位相調整器、Ｈ・・・・・・点弧パルス
発生装置、Ｕ，Ｖ，Ｗ・・・・・・三相交流電源。

Claims

【特許請求の範囲】

１双方向性スイッチング素子を介して三相交流電源よ
り給電される三相誘導電動機の速度制御装置において、
前記電源電圧と同期する複数の同期信号を６進リングカ
ウンタの出力により順次選択して基準信号を発生する基
準信号発生装置と、前記基準信号により作動される１／
ｎ分周器（ｎは整数）と、６進リングカウンタの入力信
号を１／ｎ分周器の出力から前記基準信号に切換えるモ
ード切換器と、前記基準信号に対し可調整の遅れ位相を
もつ点弧位相調整信号を発生する点弧位相調整器と、６
進リングカウンタの出力の論理和結合により前記電源電
圧の６ｎ−１／２（又は６ｎ＋１／２）サイクルを１周
期とし２４０度の巾で互に１２０度の位相差を有する３
個の相別基準信号を出力する相別基準信号発生装置と、
該相別基準信号と前記点弧位相調整信号との論理積信号
を発生して双方向性スイッチング素子に点弧パルスを与
える点弧パルス発生装置とを有し、モード切換器の前記
切換えにより前記電動機の速度を定格速度に対して１／
５（又は１／７）の速度比から１／１１（又は１／１３
）の速度比に減速されることを特徴とする三相誘導電動
機の速度制御装置。