JPS598476Y2 - サイリスタ電動機の運転制御装置 - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 〔考案の利用分野〕 本考案は電動機、特にサイリスタを用いた制御手段に拠
り駆動制御するサイリスタ電動機の運転制御装置に関す
る。

〔考案の背景〕

一般に、急速可変速運転が可能なサイリスタ電動機の速
度制御は直流電動機と同じく同期電動機の電機子電圧お
よび界磁電流を適宜に制御する事に拠り広範囲にわたっ
て行なわれる。

更に、サイリスタ電動機に於いては、逆変換器のサイリ
スタの制御進み角γの制御（γ制御）を行なう事に拠っ
て界磁制御と等価な効果を得る事も可能である。

即ち、直流電動機のブラシ間電圧に相当する逆変換器の
電圧（以下直流入力電圧と称す）■８は、転流重なり角
、抵抗ドロップを無視すれば、略々Ｖｓ ”ＫＮＩ ｆ
ＣＯＳγ・・・・・・・・・・・・・・・（１）ここに
、Ｋ：比例定数、 Ｎ：同期電動機の回転数、 ■ｆ：同期電動機界磁電流、 γ：逆変換器のサイリスタの制御進み角 で表わされ、直流電動機の界磁弱め制御に於けると同様
に、直流入力電圧■８を一定に保った状態でサイリスタ
電動機の回転数Ｎを更に上昇変化させようとする場合、
上式（１）からも明らかな如く、界磁電流■ｆを減少さ
せる方法または制御進み角γを増加させる方法が可能で
ある。

しかし、サイリスタ電動機に於いては、界磁電流■，を
減少させる界磁電流制御を適用すると、電機子反作用の
影響を強く受けるようになり、同期電動機を駆動するサ
イリスタ変換器に於ける直流を三相交流に変換する逆変
換器のサイリスタの転流限界が低下し、また界磁回路の
大きなインダクタンスの為に、急激な回転数の変化に対
して一般の直流電動機のブラシ間電圧に相当するサイリ
スタ電動機の電圧を所望値に保ち続けることが困難とな
り、過電圧による上記サイリスタの耐圧が問題となり上
記サイリスタの容量を大きくしなければならず、速応性
の良好な制御特性が得られない等の不都合が起きる。

一方、γ制御を行なう事に拠ってのみ界磁制御に相当す
る制御効果を得る事は、界磁弱め制御に於ける如き逆変
換器のサイリス：夕の転流限界に拠る運転の制限を受け
る事はないが、サイリスク電動機のトルクがｃｏｓγに
比例するばかりでなく、力率がｃｏｓγに比例して決定
される為、同期電動機およびそれに接続される逆変換器
に必要な容量を不経済に大きくする必要が生じ、小型化
や価格低減等の観点に於いて好ましくない。

〔考案の目的〕

本考案は上述した如き欠点に鑑み、なされたもので、界
磁制御とγ制御等前述した各々の制御方法に於けるそれ
ぞれの欠点を排除すると共に、界磁制御とγ制御を併せ
て適用する事に拠り、広範囲にわたって速応性の良好な
速度特性および安定した運転特性を得る事のできるサイ
リスタ電動機の運転制御装置を提供するものである。

〔考案の概要〕

上記目的を達或する本考案サイリスタ電動機の運転制御
装置の特徴とするところは、同期電動機、サイリスタを
具備し可変周波数交流を出力し上記同期電動機を駆動さ
せるサイリスタ変換器、上記同期電動機の運転速度と上
記変換器の直流入力電圧の大きさを決める電圧指令イ言
号を設定する運転指令回路、上記直流入力電圧を検出す
る電圧検出器、上記運転指令回路の出力信号と上記電圧
検出器の出力信号との偏差を検出する電圧偏差増幅器、
上記同期電動機の運転速度に応じて上記同期電動機の界
磁電流の最適値を指定する第２の関数発生器、上記同期
電動機の界磁電流を検出する界磁電流検出回路、上記界
磁電流の最適値と界磁電流検出回路によって検出された
界磁電流の値とを比較して界磁電流を制御する回路、上
記界磁電流検出回路の出力信号に応じて上記サイリスタ
変換器のサイリスタの制御進み角の転流最小限値を設定
する信号を発生する第１の関数発生器、上記電圧偏差増
幅器の出力信号電圧と、上記第１の関数発生器の出力信
号電圧とのうちの大きい方を選択して出力するＯＲ回路
、上記ＯＲ回路の出力によって上記同期電動機側の上記
サイリスタ変換器のサイリスタの制御進み角を決定し該
制御進み角によって上記サイリスタの点弧を行なわせる
回路を具備することにある。

本考案を要約すると、サイリスタ電動機の速度に応じて
与えられる界磁電流のパターンに従って界磁電流を制御
し、界磁電流にみあった制御進み角γの下限値（転流余
裕角の大きさが適当で且つ力率および効率が一番良好な
る如き値）を与え、界磁電流の応答の遅れを補正すべく
サイリスタ電動機に於けるブラシ間電圧に相当する直流
入力電圧ＶＢと所望の指令電圧ｖｐの偏差に応じて制御
進み角γを変化させ、広範囲で追随性の良い速度特性を
得る事が可能な如く構或したものである。

〔考案の実施例〕

以下、図面に従って本考案のサイリスタ電動機の運転制
御装置について説明する。

図面に於いて、第１図は本考案の一実施例に係るサイリ
スタ電動機の運転制御装置の回路構或図、第２． ３
． ４図は各々第１図に示した制御装置の各部の動作
特性図を示すものである。

第１図に於いて、１は商用交流電源から送られる交流を
後述する指令回路からの指令により位相制御を行ない可
変電圧の直流を得る第１の順変換器、２は順変換器１の
直流出力電流を平滑するための直流リアクトル、３は順
変換器１から送られる直流を三相交流に変換するサイリ
スタを具備する逆変換器、第１の順変換器１、直流リア
クトル２、逆変換器３によりサイリスタ変換器が形或さ
れる４は逆変換器３により駆動される主同期電動機、５
は前記同期電動機４の運転速度を検出するための速度検
出器、６は前記同期電動機４の回転子の回転角位置を検
出し逆変換器３のサイリスタの制御進み角γを決める分
配信号を発生するための分配器、７は前記同期電動機４
の運転速度Ｎと逆変換器３の直流入力電圧Ｖ８を設定す
るための速度指令信号と電圧指令信号を出力する運転指
令回路、８は前記速度指令信号と速度検出器５の出力信
号である速度フィードバック信号との偏差信号を増幅す
る速度偏差増幅器、９は第１の順変換器１の交流入力電
流の大きさに比例した信号を検出するための第ｌの電流
検出器、１０は速度偏差増幅器８の出力信号と前記第１
の電流検出器９の出力信号との偏差信号を増幅する第ｌ
の電流偏差増幅器、１１は電流偏差増幅器１０の出力信
号をうけて第１の順変換器１のサイリスタの制御進み角
γを制御する第１の自動パルス移相器、１２は逆変換器
３の直流入力電圧Ｖｓに比例した信号を検出するための
電圧検出器、１３は運転指令回路７からの前記電圧指令
信号と前記電圧検出１２の出力信号との偏差信号を入力
とし、前記電圧検出１２の出力信号と前記電圧指令信号
との偏差信号を検出し増幅する機能をもった電圧偏差増
幅器、１４は前記分配器６の出力信号をもととして、電
圧偏差増幅器１３の出力信号にしたがって逆変換器３の
サイリスタ制御進み角γを変化させるための分配信号移
相同路、１５は前記分配信号移相回路１４の出力信号を
うけ、逆変換器３のサイリスタの点弧を行なわせるゲー
ト信号を発生する逆変煉器ゲートアンプ、１６は上記同
期電動機４の界磁巻線、１７は後述する第２の順変換器
２３の交流入力電流に比例した信号を検出するために界
磁電流を検出する第２の電流検出器、１８は前記第２の
電流検出器１７の出力信号をうけ、その信号に対してあ
る関数関係にある信号を発生する第１の関数発生器にし
て、第２図に示す如く、界磁電流に対して前記逆変換３
のサイリスタの転流可能な最小限の制御進み角γ゜を常
に保証するための信号を発生するもの、１９は前記電圧
偏差増幅器１３の出力信号電圧と、前記第１の関数発生
器と１８の出力信号電圧とのうち大きい方の出力信号電
圧をその出力とするＯＲ回路、２０は前記速度検出器５
の信号をうけ、該信号に対してある関数関係信号を発生
する第２の関数発生器（；シて、速度信号に対して第３
図に示す如く界磁電流Ｉｆの最適なパターンを指定する
ためのもの、２１は前記第２の電流検出器１７の出力信
号と前記第２の関数発生器２０の出力信号の偏差信号を
増幅する第２の電流偏差増幅器、２２は後述する第２の
順変換器２３のサイリスタの制御進み角を制御する第２
の自動パルス移相器、２３は前記同期電動機４の界磁巻
線１６に流れる界磁電流を制御し供給するための第２の
順変換器である。

以下、第１図及び第４図によって界磁弱め制御を行なっ
た場合、即ち直流入力電圧■８が所望の指定電圧Ｖｐを
越える様な速度指令信号が出された場合（実際には、後
述する様に制御進み角γと界磁電流■，とによって制御
されて、Ｖ．＝Ｖ，＝一定、となる）の動作について説
明する。

第１の順変換器１の直流出力電流Ｉｄ、即ち逆変換器３
の直流入力電流は、運転指令回路７、速度偏差増幅器８
、第１の電流検出器９、第１の電流偏差増幅器１０、第
１の自動パルス移相器１１および第１の順変換器１の動
作に拠って速度偏差信号に比例して流れる如く制御され
、同期電動機４の界磁電流■，は、第２の関数発生器２
０、第２の電流偏差増幅器２１，第２の自動パルス移相
器２２の動作に拠って速度にみあって設定制御され、逆
変換器３のサイリスタの制御進み角γは、運転指令回路
７、電圧検出器１２、電圧偏差増幅器１３、分配信号移
相同路１４、第２の電流検出器１７、第１の関数発生器
１８、ＯＲ回路１９の動作に拠って電圧偏差信号に比例
して直流入力電圧■８が設定値となる如く制御される。

この時、速度検出器５によって同期電動機４の運転速度
Ｎを検出し、第２の関数発生器２０によって同期電動機
の界磁電流Ｉｔの最適値を指定し、界磁電流Ｉｔの検出
値と比較、フィードバックし、第２の順変換器２３によ
って界磁電流Ｉｆを制御しているので、界磁電流Ｉｆは
速度にみあって第３図に示す速度一界磁電流特性で設定
制御されることになる。

尚、第３図に於ける変曲点は直流入力電圧Ｖ．が所望の
指定電圧Ｖ，となる様な回転数のときの点である。

また、第４図に於ける太い実線は定常的な値を、細い実
線は制御動作の遅れによる過渡的な変化を示し、Δγ，
Δｖ８，Δ■，は、過渡的な変化と定常的な値とのずれ
を示す。

今、速度指令信号を第４図で前述した直流入力電圧Ｖ８
が所望の指定電圧Ｖｐ以上となる速度指令値から変化さ
せてある値だけ上昇させた場合を考えると、速度指令の
変化に伴って速度偏差量が増大し、前記第１の順変換器
１の直流出力電流Ｉｄも増加する。

この電流Ｉｄの増加によって同期電動機４の運転速度Ｎ
が上昇し、同時に逆変換器３の直流入力電圧■，もある
値Δ■８だけ上昇しようとする。

しかし、電圧検出器１２によって検出される直流入力電
圧■８が上昇しようとすることにより、運転指令回路７
の所望の指定電圧Ｖ，（一定）との電圧偏差が大きくな
り、分配信号移相回路１４により逆変換器３の制御進み
角γを第４図に示す様にΔγだけ増加させることによっ
て、上記直流入力電圧■８は所望の指定電圧■，に保持
する様に動作する。

また、運転速度Ｎの上昇に伴い前記第２の関数発生器２
０に拠って界磁電流Ｉｔの指令値が減少するが、界磁電
流■ｆの応答の遅れの為、界磁電流Ｉｆは瞬時には減少
せず第４図のΔＩｆのように過渡的に界磁電流の指令値
に対して制御遅れを生じる。

従って前記界磁電流Ｉｆを入力として動作する前記第１
の関数発生器１８の出力は大きな時定数のためにすぐに
は変動しない。

この様に界磁電流■ｆが変わらない状態で回転数Ｎが大
きくなると、式（１）からわかる様に、直流入力電圧Ｖ
′，は上昇しようとする。

一方、直流入力電圧■８の上昇に拠り、運転指令回路７
の所望の指定電圧（一定）と直流入力電圧■８との電圧
偏差は充分に大きく、従って前記ＯＲ回路１９に於いて
、前記電圧偏差増幅器１３の出力信号は前記第１の関数
発生器１８の出力信号に優先して前記ＯＲ回路１９の出
力信号となり、前記分配信号移相同路１４に入力され、
前記逆変換器３のサイリスタの制御進み角γを第４図に
示す様にΔγ分だけ増加して、直流入力電圧Ｖ８を設定
された値Ｖ，に保つように動作する。

この様に動作することによって、次第に前記電圧偏差信
号は小さくなっていき、前記ＯＲ回路１９に於いて前記
第１の関数発生器１８の出力信号が大きくなり、前記電
圧偏差信号に優先して前記ＯＲ回路１９の出力信号とな
る。

これは同期電動機の回転数Ｎの増加によって第３図に示
すように界磁電流工，が減少し、第２図からわかるよう
に界磁電流Ｉ，の減少によって制御進み角γの値が増加
することによるものである。

時間の経過に従って界磁電流Ｉｆが前記第２の関数発生
器２０に拠って変更されると、それに応じて第１の関数
発生器１８の出力信号は界磁電流にみあったサイリスク
の転流可能な最小の値の制御進み角γ゜を保証するもの
となり、前記逆変換器３のサイリスタの界磁電流にみあ
った転流可能な最小限の制御進み角γ゜は常に保証され
ると共に、前記直流入力電圧■Ｓのフィードバック回路
に拠って前記直流入力電圧ｖ．８は所望の指定電圧ＶＰ
に落ち着き定常運転に入る。

本実施例に於いては、界磁電流■，の応答の遅れによっ
て生じる直流入力電圧ｖｓの変動が界磁電流Ｉｆ と制
御進み角γの制御によって防止される。

さらに、直流入力電圧■８を所望の指定電圧Ｖ，に保持
するだけでなく、逆変換器３のサイリスタの界磁電流に
みあった転流可能な最小限の制御進み角γ゜は常に保証
されているので、前記サイリスタの転流失敗がなく、安
定な運転が行なわれる。

なお、分配信号移相同路１４の内部に含まれる制御進み
角を連続的に変える事のできる機能を有する回路構或の
一例については先に出願した特開昭４９−４６８６０に
示してある。

また、前記実施例に於いては界磁電流Ｉｆに従って安定
な運転を保証する制御進み角γの下限値を与える如く構
或したが、速度信号から直接上記下限値を与える事も可
能である。

なお、本考案はサイクロ・コンバータと同期電動機を組
み合わせた型のサイリスク電動機の制御に適用しても良
好な制御効果を得る事ができる。

この場合、サクロ・コンバータには直流入力電圧■８は
存在しないが、直流電動機を駆動する変換器の出力電力
は直流出力電圧と直流出力電流との積であり、従って、
同期電動機を駆動するサイクロ・コンバータの出力電力
を出力電流で゛除したイ直を検出する事によって等価直
流入力電圧を測定することができる。

〔考案の効果〕

上述した如く、本考案によれば逆変換器の容量を大きく
する事なく、常に一般の直流電動機のブラシ間電圧に相
当するサイリスタ電動機の電圧を所望値に一定に保持し
、速応性の良好な制御特性を有するサイリスタ電動機の
運転制御装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本考案の一実施例に係るサイリスタ電動機の運
転制御装置の回路構或図、第２図は第１図に示す装置に
於ける第１の関数発生器の特性図、第３図は第１図に示
す装置に於ける第２の関数発生器の特性図、第４図は本
考案を実施した場合の動作特性を示す説明図である。 １・・・第１の順変換器、２・・・直流リアクトル、３
・・・逆変換器、４・・・同期電動機、５・・・速度検
出器、６・・・分配器、７・・・運転指令回路、８・・
・速度偏差増幅器、９・・・第１の電流検出器、１０・
・・第１の電流偏差増幅器、１１・・・第１の自動パル
ス移相器、１２・・・電圧検出器、１３・・・電圧偏差
増幅器、１４・・・分配信号移相回路、１５・・・逆変
換器ゲートアンプ、１６・・・同期電動機の界磁巻線、
１７・・・第２の電流検出器、１８・・・第１の関数発
生器、１９・・・ＯＲ回路、２０・・・第２の関数発生
器、２１・・・第２の電流偏差増幅器、２２・・・第２
の自動パルス移相器、２３・・・第２の順変換器。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 同期電動機、サイリスタを具備し可変周波数交流を出力
   し上記同期電動機を駆動させるサイリスク変換器、上記
   同期電動機の運転速度と上記変換器の直流入力電圧の大
   きさを決める電圧指令信号を設定する運転指令回路、上
   記直流入力電圧を検出する電圧検出器、上記運転指令回
   路の出力信号と上記電圧検出器の出力信号との偏差を検
   出する電圧偏差増幅器、上記同期電動機の運転速度に応
   じて上記同期電動機の界磁電流の最適値を指定する第２
   の関数発生器、上記同期電動機の界磁電流を検出する界
   磁電流検出回路、上記界磁電流の最適値と界磁電流検出
   回路によって検出された界磁電流の値とを比較して界磁
   電流を制御する回路、上記界磁電流検出回路の出力信号
   に応じて上記サイリスク変換器のサイリスタの制御進み
   角の転流最小限値を設定する信号を発生する第１の関数
   発生器、上記電圧偏差増幅器の出力信号電圧と、上記第
   １の関数発生器の出力信号電圧とのうちの大きい方を選
   択して出力するＯＲ回路、上記ＯＲ回路の出力によって
   上記同期電動機側の上記サイリスタ変換器のサイリスタ
   の制御進み角を決定し該制御進み角によって上記サイリ
   スタの点弧を行なわせる回路を具備することを特徴とす
   るサイリスク電動機の運転制御装置。