JPS5941194A - 交流電動機の乱調防止方式 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、可変速運転すべき交流電動機に給電する電力
変換装置として電流形インバータを用い、該インバータ
の出力電圧と出力周波数がはｙ比例するよ５に制御しな
がら交流電動機を可変速運転する交流電動機制御系にお
ける電動機の乱調防止方式に関するものである。

第１図は本発明の対象となる交流電動機制御系を示すブ
ロック図である。

同図において、可変速運転すべき交流電動機４ｔｉ３和
かご形銹導電動機であり、これに給電する電力変換装置
は、３相電源系統１に接続された順変換部２と、電動０
１４に接続されたインバータ部３と、両者間に介在する
電流平滑リアクトル５とから成る電流形インバータであ
る。なお、インバ−タ部３におゆる転流コンカンツ等は
図示を省略しである。

そのほか、６は順変換部制御用移相器、７ｔ；ｉ市、流
検出器、８は電流調節器、９は電圧調節器、１９は電圧
検出ｄＫ、１１はパルス分配ユニット、１２は電圧／周
波数変換器、１３は速度設定器、である。

第１図に示した交流電動機ｆｆ１ｌＪ　Ｑｌｌ系でζ−
；、速度設定器１３によシ設定された出力電圧Ｃ１が、
周波数指令値として、電圧／周波数変換器１２、パ）Ｄ
ス分配ユニット１１を介してインバータ部３におけるザ
イリスタに導かれ、電流形インバータの出力周波数、ひ
いては交流箪１動４２モ４の回転速度を開ループによシ
制御している。

他方、電圧調節器９、電流調節器８、順久捗部制御用移
相器６は、電流検出器７、電圧検出器１０と共に閉ルー
プを形成し、電流形インバータの出力電圧と出力周波数
がほぼ比例するよ５．４Ｃ１順変換部２を制御している
。

このようにして、第１図に示した制御系は、電ＩＩＩ機
磁束の大きさをはｇ一定に保ちながら電動機の可変速制
御を可能ならしめているが、かかる制御系は、従来から
周知の制御系でもあるし、本発明を理解する上でも、こ
れ以上の説明は不要であるから説明を省略する。

さて、かかる制御系における交流電動機の乱調防止方式
としては、従来、特開昭５３−７２１１９号公報に記載
の如き方式が提案されている。この方式は、電動機力率
ｃｏｓθに相すする量を検出し、その変化分を、力率の
変化が小さくなるような極性で周波数指令値に加算する
ことによシ、電動機の乱調を抑制する方式である。

しかし、この方式は、力率角θが太きいとき、すなわち
負荷が軽いときには、力率角θの変化に対する力率ｃｏ
ｓθの変化が大きく、それ故、力率ｃｏｓθの変動に対
するダンピング効果も大きく、乱調を抑制できるが、力
率角θが小さいときには、乱調を充分には抑制できない
という欠点があった。以下、このことを第２図を参照し
て更に分シ易く説明する。

第２図（イ）は、力率角θの大きなベクトル■１　　を
示し、第２図（ロ）Ｆｉ力率角θの小さなベクトルＶ２
を示している。第２図（イ）において、ベクトルＶ１の
力率角がθから（θ＋Δθ）に変化したとき、その変化
分Δθに対応する力率ＣＯ３θの変化分はＸｌである。

他方、第２図（ロ）において、ベクトルＶ２の力率角が
、θから、同じΔθだげ変化して（θ＋Δθ）になった
とき、その同じ変化分Δθに対応する力率ｃｏｓθの変
化分ｔｉｘ２である。泥２図（イ）と（ロ）な比較して
みれば、ｘｌ）ｘ２であることは明らかである。。

すなわち、力率角θの変化分Δθが同じであっても、そ
れによる力率ｃｏｓθの変化分υ１、当初の力率角θが
大きいほど大きく、小さいほど小さいどとが理解される
であろう。

このような事情で従来提案された乱ｆｊｌ１Ｍ防止方式
は、電動機の力率角θが小さいときには、充分な乱調抑
制効果をもたないという欠点があった。

本発明は、上述したような？ｔｆｌ来技術の欠点を改善
するためになされたものであり、従って本発明の目的は
、電動機の力率角が大ぎいときにも小さいときにも、力
率角の大小にかかわシなく、充分な乱調抑制効果をもつ
交流電動機の乱に周防止方式を提供することｅこある。

次に第３図を参照して本発明の動作原理を説明する。第
３図は電動機の磁束ベクトルφと電動機電流ベクトルｉ
の関係を示すベクトル図である。

本発明は、電動機が乱調しているときに（寸、第３図に
ボし／ヒ如き、電動機磁束ベクトル７）に対する電動機
電流ベクトルｉのなす角Ｘが振動することに着目してな
されておシ、乱調は、この角度Ｘの変化分を検出し、こ
れを用いて角度Ｘの振動にダンピングがかかるように、
交流電動機へ供給される電流の周波数（Ｎ流形インバー
タの出力周波数）を変化させれば防止できるという認識
の上に立っている。

そして、第３図において、磁束ベクトルφに対・する電
流ベクトル［のなす角Ｘが、（Ｘ十ΔＸ）に変化したと
する。このとき、角度の変化分ΔｘＶＣ対して、１ｃｏ
ｓｘの変化分Δ（Ｊ）ＳＸと、４　ｓｉｎ　Ｘの変化分
Δｓｉｎ　ｚを求め、この両変化分（Δｃｏｓｘ、Δｑ
ｉｎＸ）を電流形インバータのインバータ部に対する出
力周波数指令信号に、前記変化分が増加するときには出
力周波数が減少するような極性で加算することにより、
乱調を抑制するものである。

対してなす角Ｘが小さいときす二、角度の変化分ΔＸに
対する１ｃｏｓｘの変化分Δｃｏｓ　ｘ　ｔｉｔ、小さ
いが、その代シ１ｓｉｎＸの変化分Δ５ｉｎｘが大きく
なシ、角Ｘが大きいときには、Δｓｉｎ　Ｘは小さくな
るがΔｃｏｓｘが大きくなる。

従ってΔ５ｉｎｘとΔＣ０３Ｘの両方を出力周波数指令
信号に加算するようにすれば、角Ｘの大小にかかわＢｌ
く、有効に乱調を抑制することができる。

以上で本発明の動作原理の説明を終わり、次に図を参照
して本発明の一実施例を説明する。

第４図は本発明の一実施例を示すブロック図である。同
図において、第１図におけるのと同じものには同じ符号
を付しである。そのほか、１５と１８はそれぞれ３相／
２相変換器、１６は磁束演算器、１７はベクトル回転器
、１９Ｆｉ、ベクトルアナライザ、２０は微分演ｉ器、
である。つまり、これらの回路を新たに付加した点が、
第１図の制御系と相違する点である。

次に回路動作を説明する。まず電圧検出器１０によシミ
動機４の３相交流電圧ＶＲ９■ｓ、ＶＴが検出され、こ
の電圧は３相／２相変換器１５により、例えば電動機の
固定子Ｒ相巻線を基準軸とするα。

β直交座標量■α、Ｖβに変換される。

第５図（ａ）に、三相正弦波電圧波形■Ｒ９Ｖｓ、ＶＴ
において時点Ａにおける各瞬時量を示している。

第５図（ｂ）においては、固定子の三相（Ｒ，Ｓ、Ｔ）
のうちのＲ相の巻線軸上にα軸、それと直交してβ軸を
とシ、第５図（ａ）における各瞬時量を、両軸上で■α
、■βとして二相に変換して表わし、各員のベクトル関
係を明確にしている。゛なおＶは空間回転ベクトルに相
当し、そのα軸成分がＶα、β軸成分が■βである。

かかる３相／２相変換は、交流電動機のベクトル制御に
おける當套手段であシ、三相量を空間回転ベクトルでと
らえる方が、制御上の都合で有利であるので行なわれる
ものである。

ここで■α９ｖβ祉次式で示される。

次に電流検出器１４により　ｔｉｔ、ｙす機の３相固定
子電流’Ｒ１ｉＳ　１１’Ｔが検出され、同椋に３相／
２相変換器１８によシミ圧Ｖα、■βと同一のα−β直
交座標景ｉα、ｉβに変換される。ここでｉα、ｉβは
次式で示される。

ｉα、ｉβは前述のＶα、ＶβとともＶ′Ｃ磁束演詐器
１６に導かれ、磁束演算器１６１／ユ次の演（至）によ
り回転子磁束ベクトルの直交座標量φα、φβを出力す
る。

ここでｒｌ　、ム、ｔｌ、１２′はそれぞれ誘導電動機
のＴ形等価回路における固定子抵抗、相互インダクタン
ス、−次漏れインダクタンス、二次漏れインダクタンス
である。φα、φβ及びｉα、ｉβはベクトル回転ｕ１
７に導かれ、ベクトル回転器１７では次の演算にょシ信
号Ａ、Ｂを出力する。

対する角度をそれぞれ第６図に示すように、ψ。

（ψ＋Ｘ、）？ｌ大きさをそれぞれｉ、φとすると（４
）式は次のようになる。

こうして求められ九信号Ａ、Ｂけベクトルアナライザ１
９で例えば次のような演算にょシミ流の単位ベクトルの
磁束ベクトルに対する直交及び平行成分に変換される。

これらの信号Ａ’、Ｂ’は微分演ｎ器２０．に導かれる
。

第７図は微分演算器２０の一例を７Ｊζず回路図である
。電流形インバータでは位相差Ｘ（第６図参照）がイン
バータの転流毎に大きく変化するので、これを平滑化す
るために信号Ａ　ｔ：、ｌ：フィルタ２０１にかげらノ
シる。次にこれらの１４号の変化分だけ取シ出すために
微分回路２０２に導かれる。

ｄＡ’ 次に第４図に戻シ、微分演算器２０の出力子「は加算器
で周波数指令値に加勢される。信号Ｂ′も加算される。

第４図に示したような構成にすると、例えば電動機４の
負荷が軽いとき、それ故、角度差Ｘが小さい時には角度
差の変化の影響ＩＳ’、　Ａ　−５１１Ｘに太き（現わ
れ、また重負荷時、それ故、角度差Ｘが犬きい時には、
Ｘの変化の影響はＢ’＝ｃｏｓ）ｃに大きく現われる。

それ故、Ａ′とＢ′の変化分の両方を周波数指令値に加
算するようにすれば、角度差Ｘの大小にかかわりなく周
波数指令値−・の加ｎ量が一定値以上となり、軽負荷時
から重負荷時にわたる全動作領域で良好に角度差Ｘの変
動に対しダンピングをかけることが可能になシ、乱調を
防止することが出来る。

以上の説明では磁束演算器１６の出力は回転子磁束ベク
トルであったが、この発明では電流ベクトルト磁束ベク
トルという２つのベクトルのなす角度の変動がわかれば
よいので回転子磁束の代わシに固定子磁束ベクトルを用
いても良い。その場合、磁束演算器１６の入力は■α、
Ｖβのみとなり磁束演算器１６の出力は次のようになる
。

（３）式または（７）式を演算する磁束演算器１６を具
現化する場合、積分器のかわ）に−次遅れフィルタを用
いることも、それによシ２つのベクトルのなす角度の震
動を検出できるので可能である。また同様の理由で磁束
ベクトルの代わυに電圧ベクトルを用いることが出来る
。この場合磁束演算器は不をとなシ、■α、Ｖ／がφα
、φβの代わシに直接ベクトル回転器１７に導かれるｔ
ｌ宵成となる。

この発明によれば固定子電流の単位ベクトルの磁束ベク
トルに直交する成分ｓｉｎ　ｘと平行成分Ｃ０５Ｘを検
出し、これらの量の変動ｑ−をそれぞれの量の変動゛を
抑える極性で周波数指令値に加算したため軽負荷時から
重負荷時にわたる全動作領域で交流電動機の乱調を防止
できる。

この発明は今まで説明した電流形インバータによる誘導
機の可変速運転だけでなく、電力変換器として電圧形イ
ンバータを用いた装置や電動機として同期機を用いた装
置にも適用できると思われる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の対象となる交流電動機制御系を示すブ
ロック図、第２図は、力率角θの変化分Δθによる力率
（：Ｏ５θの変化分が、当初の力率θの大小によシ異な
ることを示すベクトル図、第３図は本発明の動作原理を
説明するためのベクトル図、第４図ｔよ本発明の一実施
例を示すブロック図、第５図（Ｒ）は三相交流の波形図
、第５図（ｂ）はベクトル諸量の座標関係を示すベクト
ル図、小６図は磁束ベクトルと電流ベクトルの座標関係
を示すベクトル図、第７図は第４図における微分演算器
２０の一例を示す回路図、である。 符号説明 １・・・・・・３相ｉｆ源系統、２・・・・・・順変換
部、３・・・・・・インバータ部、４・・・・・・交流
電動機、５・・・・・・電流平滑りアクドル、６・・・
・・・順変換部制岬用移相器、７・・・・・・電流検出
器、８・・・・・・電流調節器、９・・・・・・電圧調
節器、１０・・・・・・電圧検出器、１１・・・・・・
パルス分配ユニット、１２・・・・・・電圧／周波数変
換器、１３・・・・・・速度設定器、１４・・・・・・
相電流検出器、１５，１８・・・・・・３相／２相変換
器、１６・・・・・・磁束波ｎ器、１７・・・・・・ベ
クトル回転器、１９・川・・ベクトルアナライザ、２０
・・・・・・微分演算器 零　１　図 第２ｖＡ （イン　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　（
ロ）ｔ７ＩＥ３図 第４図 ） 第５１１（す Ｉ’ｆｆ５　　図　（し）

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １）可変速運転すべき交流電動機に給電する電力変換装
   置として、電源からの交流入力電圧を司変直流電圧に変
   換して出力する順変換部と、直流入力電圧を可変周波数
   の交流に逆変換して交流電動機に供給するインバータ部
   と、前記順変換部とインバータ部との間に介在する電流
   平滑りアクドルを含む中間回路と、から成る電流形イン
   バータを使用し、交流電動機の回転速度設定信号として
   出力周波数指令信号を前記インバータ部に加えると共に
   、該インバータ部からの出力電圧と出力周波数がはｙ比
   例するように前記順変換部を制御することによシ、交流
   電動機を可変速運転する交流電動機の制御系において、
   交流電動機固定子電流の単位ベクトルの磁束ベクトルに
   直交する第１の成分および平行する第２の成分をそれぞ
   れ検出する手段と、検出された第１の成分の微分出力と
   第２の成分の微分出力をそれぞれ前記出力周波数指令信
   号に、前記第１の成分または第２の成分が増加するとき
   には前記出力周波数が減少するような極性で加算する手
   段と、を具備したことをｌ［（徴とする交流電動機の乱
   調防止方式。