JPS5947955B2 - 回転磁界形電機の磁束成分に比例する電気量形成用回路装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は励磁用に設けられた第１の巻線を持つ回転磁界
形電機における磁束成分に比例する電気量を作るための
回路装置で、給電導線の相電流に比例する電圧と、相電
流の時間微分に比例する電圧と、対応する相電圧に比例
する電圧とが導かれる加算素子を備え、この加算素子の
後に接続され・ 出力端から磁束成分に比例する量が取
出される積分器を備え、かつこれらの量の直流成分を抑
制するために構成され入力端が積分器の出力端に接続さ
れ、出力端が積分器の入力端における加算点に接続され
ＰＩ動作をする零点調節器を備えた回路・ 装置に関す
るものである。

かかる回路装置はドイツ連邦共和国特許第１８０６７６
９号明細書により公知である。公知の回路装置は回転磁
界形電機における磁束ベクトルの位置と大きさとについ
ての情報を直接に端子量である電圧および電流から作っ
ている。

この場合に三相回転電機においては相電圧と相電流とを
それぞれ２相分だけ測定すれば充分である。回路装置は
相電圧から抵抗およびインダクタンス電圧降下が滅ぜら
れることにようまず回転磁界形電機の主磁界電圧が得ら
れ、続いて磁束成分が主磁界電圧の積分によう取出され
る。２つの磁束成分は磁束ベクトルの位置とその値を定
める。

磁束ベクトルの位置と値とについての情報は、回転磁界
形電機を磁界配向により運転することを可能にする（Ｓ
ｉｅｍｅｎｓ−Ｚｅｉｔ８ｃｈ一Ｒｉｆｔｌ９７ｌ、第
７６５ページないし第７６８ページおよびドイツ連邦共
和国特許第２３５３５９４号明細書参照）。回転磁界形
電機の始動に際しては、磁束成分をできるだけ正確に捕
えることが特に重要である。

測定の誤シは、最悪の場合回転磁界形電機が始動し得な
いことになる。ドイツ連邦共和国特許第１８０６７６９
号明細書によシ公知の回路装置においては、磁束ベクト
ル、すなわち個個の磁束成分の位置および大きさの充分
に正確な測定は、回転磁界形電機が主開閉器の投入およ
び励磁の後に、定格回転数の数％、 二例えば５％の回
転数に達すると始めて、端子量である電圧および電流の
直接の測定によシ可能である。

回転数が低いときには、相電流と供給相巻線のオーム抵
抗との積により与えられかつ加算素子において接続され
るオーム電圧降下は、測定すべごき主電圧の大きさのオ
ーダとなり、これによう著しい誤差が生じる。従って磁
界配向運転は始動の際には不可能である。本発明の目的
は、初めに述べられた回路装置を、回転磁界形電機の始
動装置において磁束成分の正３確な測定が可能であり、
かつ回転数の増加の際にも磁束成分が充分正確に測定さ
れ得るように構成することにある。

この目的は本発明によれば、冒頭に述べた回路装置にお
いて、回転磁界形電機は誘起電圧を捕捉４するのに適し
た第２の巻線を備え、回転磁界形電機への励磁電流供給
が開始されてから、これに遅れて開始される相電流供給
によう回転磁界形電機の始動が行われる過程の途中まで
の間、前記零点調節器が回路装置の動作に関与するのを
阻止する手段を備えることによって達成される。

ドイツ連邦共和国特許第１８０６７６９号明細書記載の
回路装置とは異な）、本発明による回路装置は、零点調
節器が最初から積分器に接続されておらず、回転磁界形
電機の始動中に接続が行われる。

これによ）、励磁過程で励磁電流の変化にともなって変
圧器作用で第２の巻線に誘起する電圧を積分器が積分す
ることによって磁束の初期値が積分器にセツトされる。

この過程では零点調節器を動作に関与させていないので
、積分器への磁束初期値セツトが零点調節器によって妨
害されることはない。つまう、この過程はゆっくシした
動作であるため、すなわち低周波特性域の動作であるた
め、零点調節器を動作に関与させておくと、零点調節器
は積分器の出力を零にするので磁束初期値のセツトが正
しく行なわれない。回転磁界形電機としては、現在では
先ず第１に、固定子と励磁巻線とを持つ同期機が考えら
れる。

しかしながら本発明は同様に他の回転磁界形電機にも、
その回転電機が２つの巻線のみを有し、その中の第１の
巻線が励磁Ｑ変調のために、また第２の巻線がその中に
誘起された電圧測定のために適している限りは適用され
る。従って例えば本発明に関連して、動作巻線（第１の
巻線）の他に動作巻線から分離され測定に適する付加巻
線（第２の巻線）を持つ非同期機も使用され得る。しか
しながら本発明は例えば、２つの互いにずらされた三相
巻線を持つ回転磁界形電機にも利用され得る。そのよう
な回転磁界形電機は従来技術においては１２パルス運転
を行うために２つの６パルス動作の変換器により給電さ
れる。従来の回路装置は唯１つの磁束成分を模擬するこ
とが仮定されていた。

更に別の磁束成分を作るためには、同様な回路装置が設
けられ、回転電機の他の給電導線における測定量である
相電圧および相電流が検出される。そのような別の構成
の場合には、そのときに存在する２つの補助開閉器が同
時に投入可能でなければならない。２つの磁束成分は磁
束ベクトルの位置と大きさとを定める。

本発明の回路装置を運転するための方法においては、回
転磁界形電機の始動の際に、個個の開閉操作は次の時間
順序に従って行われる。ａ）先ず回転磁界形電機の給電
導線中の主開閉器が開かれた状態において、零点調節器
と積分器との間の補助開閉器が閉路され、それにより積
分器が零に調整される。

ｂ）次いで補助開閉器が開路され、そして回転磁界形電
機を励磁するために第１の巻線が電圧源に接続され、第
２の巻線に誘起された相電圧から磁束成分の初期状態が
積分器により定められる。

ｃ）励磁の投入と早〈とも同時に回転磁界形電機の給電
導線中の主開閉器が接続される。ｄ）その少し後に補助
開閉器が接続される。

この方法の有利な別の構成によれば、同期機において、
固定子巻線（第２の巻線）が開路しているときに励磁を
投入するため、飛躍電圧が同期機の励磁巻線（第１の巻
線）に加えられる。しかしながら、励磁巻線における電
圧上昇は連続的に行われ得ることが確保されなければな
らない。しかしながら誘起される電圧はそのときにはよ
り小さい。本発明は、磁束成分が回転磁界形電機の静止
状態においては公知の回路装置により、主開閉器の開路
されているときにまず励磁が投入されるときに非常に正
確に測定されるという認識に基いている。

そのときには磁束成分は、この励磁を投入する際に変圧
された電圧から電流に関係する量を障害となる接続なし
に得られ、しかも零点調節器は投入されることはない（
磁束の位置測定）。さらに同期機においては、先ず励磁
巻線が投入され、すなわち電圧源に接続される。励磁電
流が増加する間は磁束成分の上述の測定が行われる。こ
れに反して主巻線と付加巻線とを持つ非同期機において
は、このために主巻線が投入される。投入の際に非同期
機の励磁が始められる。付加巻線に誘起された電圧が測
定され、回路装置において磁束成分形成の際に評価され
る。各場合において、測定中測定巻線（同期機の場合に
は固定子巻線に等しく、非同期機の場合には付加巻線に
等しい）は開いており、従って相電流は流れることがで
きない。そこで抵抗と相電流との積は零に等しい。従っ
て、相電流とその時間微分とに比例して加算点において
接続される２つの電圧も零に等しい。従って回転磁界形
電機の始動の際に公知の回路装置に対する主誤差源が無
くされる。磁束成分の最初の測定（磁束の位置測定）の
後に始めて零点調節器を投入するのは次の理由による。

零点調節器は磁束位置測定の際、積分器により測定され
、積分される初期値を零に調整し、かつこれにより測定
を不良にするようになるからである。接続後に零点調節
器は、公知の回路装置におけると同様に、正常動作運転
において生じる磁束成分の直流成分を無〈す役目を持っ
ている。

励磁を投入する際に回転磁界形電機における磁束が変化
する限ヤ、個個の相電圧（線間電圧）が誘起される。

従ってこれらの相電圧は、磁束成分に比例する積分器の
出力電圧を変化させる。磁束の変化が無くなると、誘起
される端子電圧は零となク、積分器は積分された情報を
記憶保持する。公知のトランスベクトル制御によれば（
Ｓｉｅ−Ｍｅｎｓ−Ｚｅｉｔｓｃｈｒｉｆｔｌ９７ｌ、
第７６５ページないし第７６８ページ）、この情報は電
流目標値を磁束に所属せしめるために使用されうる。励
磁を投入する前に補助開閉器の閉路による積分器の正し
い設定によって、回路装置は各時点における回転子電圧
の測定の際にも磁束の正しい模擬を与える。従って、ト
ランスベクトル調整においては最低回転数から電流は磁
束に対する定められた位置において常に予め与えられ得
る。回転磁界形電機が例えば結合された負荷のために、
励磁の増加中に早〈も回転しても、このことは本発明に
よる回路装置および本発明による運転方法の機能の有用
性を制限することを意味しない。この回路装置およびこ
の運転方法においてはある条件の下に回転方向の変更が
可能であることも強調されねばならない。回路装置にお
いて必要な相電圧は導線電圧（線間電圧）の測定および
適当な組合によりそれぞれ測定され得る。

三相系においては例えば相電圧測定のために２つの導線
電圧の測定のみを必要とする。各各の場合の励磁が全終
端値に達すべき主開閉器の投入と、補助開閉器の投入と
の間の時間間隔は種種の観点から定め得る。

この時間間隔は、その用途と、例えば上位の制脚回路に
おける他の構成素子の大きさに従って異なる。例えば、
ある回転数例えば定格回転数の５％または１０％におい
て補助開閉器を投入することは目的に合っている。しか
しながら、零点調節器の出力端におけるリップルが予め
定められた限界値を下回ったときに初めて零点調節器を
接続することも目的に合っている。一般にこの時間間隔
は動作周波数の数周期に等しく選ばれることができる。
補助開閉器の閉路に対する時間間隔の選択に際して重要
となる別の観点は、加算素子の出力電圧の大きさである
。この出力電圧が定格運転における電圧値の１ないし５
％に達した後に、例えば補助開閉器を接続することがで
きる。以下図面により本発明の実施例について説明する
。

第１図は回転磁界形電機１の磁束成分φＲおよびφｓに
比例する２つの電気量を作るための回路装置を示してい
る。

これら両磁束成分φＲ，φｓは三相回転磁界形電機を調
整するために使用される実際値であう、これら両成分か
ら電気的論理回路（図示されていない）によシ第３の磁
束成分φＴが導出される。回転磁界形電機１としては特
に同期機が考えられ、その星形接続された固定子巻線は
４によう、励磁巻線は５によシ示されている。固定子巻
線４はその接続端子Ｕ．Ｖ．Ｗが三相主開閉器３を介し
て三相回路網Ｒ．Ｓ．Ｔに接続されている。この回路網
は静止形変換器により作ることができる。励磁巻線５は
開閉器６を介して直流電圧源７に接続可能である。接続
後に流れる励磁電流はＩｅで示されている。相Ｒおよび
Ｓに現われる磁束の成分の瞬時値φＲおよびφｓは、図
示された回路装置によう回転磁界形電機１の１次量から
作られる。

一般に同期機１の中性点は容易に取り出し得るものでは
ないので、１次側には２つの計器用変圧器１８および１
９が設けられ、それらは１次側において相Ｒ．Ｓおよび
Ｔに接続されている。それらの２次側出力電圧ＵＲＴお
よびＵ釘は演算増幅器２０ないし２３に供給されている
。増幅器記号には、対応する増幅率が示されている。演
算増幅器２０，２１および２２，２３の出力電圧はそれ
ぞれ加算素子１４および１５に供給され、そこにおいて
記号で示された符号に従って加えられる。従ってこれら
の加算素子１４，１５の出力端には相電圧ＵＲおよびＵ
ｓに比例する量が現われる。相電流１Ｒ，．１８および
それらの時間微分に相当する量を作るために、電動機相
Ｕ、への導線には２つの変流器２４および２５が配置さ
れている。

これらの変流器は、それぞれ２次側においてオーム抵抗
２６とリアクトル線輪２７との直列回路からなる負担が
接続されている。オーム抵抗２６とリアクトル線輪２７
との間の接続点は演算増幅器２８ないし３１の基準電位
に接続されている。従って抵抗２６における基準電圧に
よる電圧降下はそれぞれ相電流１Ｒ，１８に対する尺度
と見ることができる。リアクトル線輪２７において基準
電位に対して測定される電圧はそれぞれの相電流ＩＲ，
Ｉｓの時間微分の負の値に相当する。変流器２４および
２５の２次巻線の両端は演算増幅器２８ないし３１の入
力端に接続されている。演算増幅器２８，２９の出力電
圧と、加算素子１４の出力電圧とは与えられた符号でも
って加算素子１６において加えられる。これに相当して
増幅器３０および３１と加算素子１５との出力電圧も与
えられた符号でもって加算素子１７において加えられる
。２つの加算素子１６，１７のそれぞれの出力端におい
ては、相磁束φＲおよびφＳの瞬時値の時間微分に比例
する出力電圧（主磁界誘導電圧）が現われる。

これらの出力電圧はそれぞれ加算点１２および１３に印
加される。

この場合加算点１２には積分器３８、また加算点１３は
積分器３９のそれぞれ入力端側に接続されている。積分
器３８の出力は出力端子４０に、積分器３９の出力は出
力端子４１に導かれる。これらの出力端子４０および４
１には相磁束φＲおよびφｓの瞬時値がそれに比例する
出力電圧の形で現われる。相磁束φＲ｝よびφＳの瞬時
値の時間経過は純粋な交流値であるが、電子的積分装置
はドリフト現象のために零点移動し易く、そのために結
果を悪化させる直流成分または低周波交流成分が生じる
ので、積分器３８および３９はＰＩ動作の零点調節器４
２および４３によシ頁帰還結合されている。

この場合零点調節器４２はその比較器を５２で示されて
いるが、入力側においては積分器３８の出力端に、出力
側においては補助開閉器１０を介して負の符号を有する
加算点１２に接続されている。比較器５２においては、
磁束成分φＲの実＊際値は目標値φＲ＝０と比較される
。

これに相応して、零点調節器４３はその比較器を５３で
示されているが、入力側においては積分器３９の出力端
に、また別の補助開閉器１１を介して負の符号を有する
加算点１３に接続されている。比較器＊５３においては
、磁束成分φＳの実際値が目標値φｓ＝０と比較される
。

両零点調節器は比較的高い回転数において直流成分を有
効に抑制するのに役立っている。第１図による回路装置
を運転するための方法は第２図ないし第８図の時間ダイ
ヤグラムから理解することができる。

それによると、先ず時点Ｔ。においては、両補助開閉器
１０，１１の各各が閉じられる（第６図）。この結果、
両積分器３８および３９は出発値零に調整される。その
後時点ｔｌにおいて両補助開閉器１０，１１が開かれ、
開閉器６が閉じられ、励磁巻線５には励磁電流Ｉｅが流
れる（第２図）。

励磁の増加はほぼ時点Ｔ２において終わる。時点Ｔ。か
ら時点Ｔ２までの時間は主開閉器３が開かれている。励
磁が増加する間、変圧器比により、この場合には測定巻
線として用いられる回転磁界形電機の２次巻線中に変圧
器作用により変成された相電圧ＵＲ，Ｕｓ，ＵＴが作ら
れる。これらの相電圧の時間曲線は第３図ないし第５図
に示されている。これらの電圧から回路装置により両磁
束成分φＲ、φｓの初期値が測定される。主開閉器３が
開かれているとき、相電流ＩＲ）ＩＳは流れることがで
きないので、増幅器２８ないし３１は加算素子１６，１
７の出力電圧の大きさには全く寄与しない。第３図ない
し第５図においては、磁束成分φＲ）φＳ、φＴの対応
する曲線が示されている。時点Ｔ２においては、磁束成
分φＲ）φＳ）φＴはさらに処理するために充分な大き
さに達している。時点Ｔ３においては主開閉器３が閉ざ
される。これにより相電流ＩＲが流れ初める（第１図）
。主開閉器３の閉路後に回転磁界形電機は回転し始める
。このことは第８図から判る。回転数ｎが定格回転数Ｎ
ｎの約５％の値を取ると、第６図に従って時点Ｔ４にお
いて両開閉器１０，１１の各各が閉ざされる。これによ
ル、回転数が高くなると両零点調節器４２，４３が直流
電圧成分の抑制のために動作することになる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発記実施例の接続図、第２図ないし第８図は
本発明方法の作用を説明するための線図であって、第２
図は励磁電流と時間との関係曲線、第３図は１つの相電
圧および対応する磁束成分の時間との関係曲線、第４図
は別の相電圧および対応する磁束成分の時間との関係曲
線、第５図はもう１つの別の相電圧および対応する磁束
成分の時間との関係曲線、第６図は２つの補助開閉器の
時間に関する開閉状態表示曲線、第７図は回転磁界形電
機の１つの相電流の時間との関係曲線、第８図は回転磁
界形電機の回転数と時間との関係曲線を示す。 １ ・・・・・・回転磁界形電機、３・・・・・・主開
閉器、４・・・・・・固定子巻線、５・・・・・・励磁
巻線、１０，１１・・・・・・補助開閉器、１２，１３
・・・・・・加算点、１６，ＩＴ・・・・・・加算器、
３８，３９・・・・・・積分器、４２，４３・・・・・
・零点調節器。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 励磁用に設けられた第１の巻線を有する回転磁界形
   電機における磁束成分に比例する電気量を作るための回
   路装置であって、回転磁界形電機の給電導線の相電流に
   比例する電圧と、相電流の時間微分に比例する電圧と、
   対応する相電圧に比例する電圧とが導かれる加算素子を
   備え、前記加算素子に後置され出力端から磁束成分に比
   例する量が取出される積分器を備え、かつこれらの量の
   直流成分を抑制しうるように構成され入力端が前記積分
   器の出力端に接続され又出力端が積分器の入力端におけ
   る加算点に接続されたＰＩ動作をする零点調節器を備え
   たものにおいて、回転磁界形電機は誘起電圧を補足する
   のに適した第２の巻線を備え、回転磁界形電機への励磁
   電流供給が開始されてから、これに遅れて開始される相
   電流供給により回転磁界形電機の始動が行われる過程の
   途中までの間、前記零点調節器が回路装置の動作に関与
   するのを阻止する手段を備えていることを特徴とする回
   転磁界形電機の磁束成分に比例する電気量形成用回路装
   置。 ２ 特許請求の範囲第１項記載の回路装置において、回
   転磁界形電機は同期機であり、第１の巻線はその同期機
   の励磁巻線であり、第２の巻線はその同期機の固定子巻
   線であることを特徴とする回転磁界形電機の磁束成分に
   比例する電気量形成用回路装置。 ３ 特許請求の範囲第１項記載の回路装置において、零
   点調節器が回路装置の動作に関与するのを阻止する手段
   は零点調節器の出力端と積分器の入力端における加算点
   に挿入された補助開閉器であることを特徴とする回転磁
   界形電機の磁束成分に比例する電気量形成用回路装置。