JPS6077695A

JPS6077695A - 交流電動機の駆動装置

Info

Publication number: JPS6077695A
Application number: JP58182688A
Authority: JP
Inventors: Sukeo Saitou; 斎藤　涼夫
Original assignee: Toshiba Corp
Current assignee: Toshiba Corp
Priority date: 1983-09-30
Filing date: 1983-09-30
Publication date: 1985-05-02
Anticipated expiration: 2011-02-21
Also published as: JPH0817596B2

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】［発明の技術分野］この発明は別の交流電源から駆動されている交流電動機
を出力に任意の周波数の交流を発生ずる電流制御形の電
力変換装置側に切換えて運転する際の制御を改良した交
流電動（８）の駆動装置に関するものである。

［発明の技術的背景とその問題点］この発明が適用される電流制御形の電力変換装置として
一般によく用いられている装置は電流形インバータ或い
はサイリスタモータ等が挙げられるが、以下の説明にお
いては電流形インバータを例にとって、詳細に説明する
。また、交流電動戚としては誘導電動機、同期電動問等
が適用できるが、誘導電動機を例にとって説明する。

誘導電動機は、その適用例により種々の電源によって、
種々の運転方式で駆動される。たとえば、ファン・ブロ
ワ等に適用される場合には、商用電源により一定速で運
転されることが多い。このようなシステムで流量制御を
しようとする場合は、ダンパー等を用いた制御が一般的
であった。これに対し最近電流形インバータを使用して
可変速運転をし、これによって流量制御を達成しようと
する適用例が多（なってきた。この方法は流量を最大に
しようとする時には途中に電流形インバータを介さずに
直接商用電源で運転する為、信頼性が非常に高く、又効
率が良い。流量を絞ろうとする時には電流形インバータ
を介して運転周波数を下げて使用するので、上記ダンパ
ー制御に対し、効率が良く省エネルギー運転が可能とい
う利点を持つ。第１図にはこの例を示す。商用電源１１
はスイッチ１２、変圧器１３を介して電流形インバータ
に接続される。電流形インバータは交流を直流に変換す
る整流回路１４、直流電流を平滑する直流リアクトル１
５及び直流を任意の周波数の交流に変換するインバータ
回路１６から成り、その主力はスイッチ１７を介して、
誘導電動機１８に接続される。商用電ｗ１１は別の系銃
としてスイッチ１９を介して、直接、誘導電動１ｊｉ　
１８にも接続される。電流形インバータは以下で説明さ
れるように動作する。すなわち、設定器２１によって与
えられる速度基準は入力制限回路２２を介して電圧基準
ｅｖ及び周波数基準ｅＦとなる。電圧基準ｅｖは変圧器
２３及び整流回路２４を介して得た電圧帰還信号と電圧
制御回路２５にて比較増幅され電流基準を発生する。こ
の電流基準は、変成器２６及び整流回路２７を介して得
た電流帰還信号と電流制御回路２８にて比較増幅され位
相基準を発生する。この位相基準は位相制御回路２９を
介して整流回路１４を構成するサイリスタに点弧パルス
を与える。一方、周波数基準ｅｒは光振器３０、リング
カウンタ３１を介してインバータ回路１６を構成するサ
イリスタの点弧タイミングを与える。リングカウンタ３
１とインバータ回路１６の間にあるパルス増幅回路３２
１ま、点弧パルスを増幅する；凋能と運転信号ＲＩＪＮ
に従ってサイリスタにパルスを与えるか否かを決定する
。商用電源による駆動から電流形インバータによる駆動
への切換えは以下のように行なわれる。それまでスイッ
チ１９が閉となっており、商用電源から与えられている
電流は変成器３３と電流検出回路３４によりその位相が
検出される。ここで電流位相を検出するのは、切換える
べき電力変換装置が電流形インバータで、直接制御でき
るのが電流位相だからである。電流検出回路３４から出
力される電流位相とリングカウンタ３１から出力される
点弧タイミングを位相比較器３５にて位相に関し比較増
幅して、発振器３０へ周波数及び位相が一致するよう周
波数補正信号ΔｅＦを発生する。このようにして運転信
号ＲＵＮがはいる以前に、商用電源側の位相とあわせて
おいて電流形インバータの運転を開始していた。第２図
は電流形インバータの主回路構成の一例を示している。

整流回路１４は６個のサイリスタから、インバータ回路
は６個のサイリスタ、６個のダイオード及び６個の転流
コンデンサから成っている。この動作の詳細は、この発
明にとって重要な要素どならないためその説明を省くが
、例えば上山直彦著「サイリスタ制御ＡＣモータの運転
と保守」　（電気書院８Ｂ和５２年１０月２９日発行）
に、その動作の詳細が述へられている。

第１図による電源の切換え方式では、商用電源側の電流
位相を正確に検出する為には２〜３個の変成器が必要で
あり、システムが高圧となる場合には、高圧用変成器が
高価であるため、システム全体として高価な装置になる
という欠点があ−）だ。

また、切換え運転中、すなわちスイッチ１９とスイッチ
１７が同時に投入されている際には、基準となる商用電
源側の電流位相が電流形インバータ側からの電流位相を
補正するように動く為、基準位相が固定されないで不安
定な切換え運転となる欠点もあった。更にスイッチ１７
を投入した後にスイッチ１９を開くタイミングは最初か
ら別に決められたタイマーによって動作されることが多
く、切換え後の誘導電動数１８のトルク不足を招かない
為には、電流の大きさを充分に大きくとって強制的に流
し込まなければならなかった。従って、電動機に不要の
トルクを発生づることにもなり、システムとしてより良
い方法が望まれていた。

［発明の目的］この発明は以上の欠点に対してなされたものであり、変
圧器と少なくとも１個の変成器から成る検出回路にて切
換えができる廉価な交流電動機の駆動装置を提供しよう
とするものである。また、切換え運転中も基準となる電
流位相を維持しておくことができる信頼性の高い交流電
動成の駆動装置を提供しようとするものである。更に別
の目的としては、切換え後も負荷となる交流型動態にト
ルク不足を招くことのない安定した切換え運転のできる
交流電動間の駆動装置を提供しようとするものである。

［発明の概要コこの発明は、基準となる商用電源側の電流位相を電力変
換装置を投入することにより影響を受け易い瞬時電流と
複数個の変成器によるのではなく、影響を受けない電圧
位相を変圧器によって検出し、電圧位相から電流位相へ
の変換を少なくとも１個の変成器を通して得た電流量に
よって行なうことにより得ようとするものである。従っ
て、電流間を保持することにより切換え運転中もＭ準と
なる電流位相の保持を達成することができる。更に、切
換え以前の電流量を保持して、その電流間を指令値とし
て与えることにより、又は、切換え中の商用電源側の電
流量が所定値以下まで減少したことを検出して商用電源
側のスイッチを開とすることにより、トルク不足を招か
ず、又不要なＩ・ルクを与えないという望ましいシステ
ムを提供することができる。

［発明の実施例］第３図にはこの発明の第１の実施例を示す。第３図の実
施例が第１図と異なる箇所は、変成器３３と電流検出回
路３４のかわりに、変圧器４１により電圧量及び電圧位
相を検出し、変成器４２と保持回路４３により電流量を
検出して、電流位相演算回路４４により上記電圧位相と
上記電流間から電流位相を演算して、位相比較器３５へ
信号を出力する点である。保持回路４３へは運転信号Ｒ
ＵＮも入力されており、運転信号がはいらない問は、保
持回路４３の出力信号は入力信号と同じ値が同時に出力
されるが、運転信号がはいると、その時の出ツノ信号を
保持したままとなる。また、電流位相演算回路４４の動
作の一例を第４図、そして、その詳柵な構成例を第５図
に示す。全体と力率角θを演算して出力する回路である
。第５図において変圧器４１からの電圧信号は、３相／
２相変換器５１において２相の電圧ベクトル要素である
Ｖ１ｓｉｎωｔとＶＩＣＯ３ω（に変換される。

これらの信号は積分器５２及び５３を介して積分され、
磁束成分を意味する信号となる。更に演算回路５４にお
いて、Ｃだコ富ゴの演算を行ない磁束量がまり、演算回
路５５にて１／Ｌが乗輝されて、磁束量が励磁インダク
タンスで割られることにより、概略の励磁電流成分１１
ｄがまる。

演算回路５６に電流量１＋　と励磁電流成分１ｘｄが入
力され、Ｊ］ぐ７−：−ｙｌ−の演算を行なうことによ
り、トルク電流成分１ｔＱがまり、割算器５７にてｌ５
（１／ｌ＋ｄをめる。更に関数発生回路５８にてｔａｎ
’　（Ｉ＋Ｑ／’ｌ＋ｄ　）の関係をめることにより、
第４図の負荷角δかｉｑられる。

この信号は演算回路５９にて９０°−δの演算より、第
４図の力率角θかまる。そして、ＩＪ）Ｒ器６０及び６
１と、それぞれの出力を試算することにより、ｓｉｎ　
ωｔ　ＸＣＯ３θ−ｃｏｓ　ωｔ　Ｘ５ｉｎθ−３ｔｌ
ｌ　（ωを一θ）の関係から、電）ｋ位相に関した信号
ωを一〇を得ることができる。

次に、この発明の作用について説明する。変圧器４１を
介して得られた電圧へ９１〜ルｖ１は、たとえば第４図
に示されるように、固定子のある１相（Ｒ相）に対し、
角速度ωで回転するベクトルとなる。もし、負荷量が一
定とすれば、づなわち、電流量１１か一定ならば電流ベ
タ１ヘルｌｔ１．ｔ、この電圧バク１〜ルｖ１に対し、
力率角θだけ遅れて、やはり、角速度ωで回転するムク
１〜ルになるはずである。従って、電圧ベタ１−ル■１
から上記第５図の説明に従って力率角θをめれば、電流
ベターントル１１の位相がωｔ−θで得られるので、この電流位
相にあわせて切換え運転に移ることができのイビーダン
スによる電圧降下を省略してめる手法を示したが、一般
の誘導電動様ではこの電圧降下が１０％以下とするので
、特にこのように簡略化したとしても問題はないし、ま
たもし補償する必要があれば請求めた電流位相を再度帰
還することによっても可能である。また、別の方法とし
ては、たとえば電圧ベクトルｖ１から励磁電流成分１１
ｄをめる過程を更に簡略化して電圧■１をその時の周波
数ｆで割ることによっても達成できるし、或いはもつと
簡単化して、電圧と電流から誘導電動機１８の特性にあ
わせて力率角θがまる記憶装置を利用することもできる
。

第３図及び第５図の実施例から、変圧器及び少なくとも
１個の変成器により電流位相を検出できるので、商用電
源から電流形インバータへの切換え運転が、廉価な電流
形インバータによって可能どなる。また、切換え直前の
電流量を保持することにより、基準となる電流位相も保
持することができるので、切換え運転中も不安定となら
ない信頼性の高い電流形インバータを提供することがで
きる。

第６図には、この発明の第２の実施例を、第７図にはそ
の動作説明図を示ず。第６図が第３図の実施例と異なる
のは、保持回路４３の出力信号を電流基準としてスイッ
チ７１を介して、電圧制御回路２５から出力される電流
基準と切換える点である。また、更に、運転信＠ＲＵＮ
を受【プて遅れ回路７２にて第１の遅れ信号ＴＤ１を発
生し、この信＠ＴＤ１を上記スイッチ７つの切換え指令
として使用する点、及び第１の遅れ信号ＴＤ１を受けて
遅れ回路７３により＠２の遅れ信号ＴＤ２を発生し、こ
の信号ＴＤ２を、商用電源より給電しているスイッチ１
９の開放指令として使用する点である。

この実施例の作用を第７図を使って説明でる。

時刻ｔ１以前はスイッチ１９だけが閉じていて、商用電
源から給電しており、電流形インバータは上記第１の実
施例の説明により電流位相をあわせて、運転準備を完了
している。時刻ｔ１にて運転信号ＲＩＪＮがはいると、
第１の遅れ信号ＴＤ１が発生し、その直前の電流値を保
持回路４３を通して保持しておき、スイッチ７１を介し
て電流基準として与える。この時スイッチ１７が投入さ
れるのは、特に図示しないが、論を待たない。同図（３
）。

（４）に印すように商用電源からの電流Ｉ。は減少し、
電流形インバータからの電流ＩＩは増加して、保持回路
４３から与えられる電流基準と同じ電流を信号ＴＤＩの
期間中流し続ける。時刻ｔ２になると第２の遅れ信号Ｔ
Ｄ２が発生し、スイッチ１９を間（が、既に商用電源か
らの電流Ｉ。は非常に小さい値となっているので、問題
なく切換えが完了する。尚、この時刻ｔ２にて信号ＴＤ
１が落ちるので、制御系としては本来の電圧制御回路が
動作し始めて、インバータ運転に移る。

第２の実施例においては、第１の実施例と同様安定な切
換え運転ができるとともに、切換え直前の電流を流し続
けるので、負荷となる誘導電動礪にトルク不足を招かず
、又、過大なトルクを与えることもないので、望ましい
システムを提供することができる。

第８図には、この発明の第３の実施例を、第９図にはそ
の動作説明図を示す。第８図が、第３図と異なる点は、
電圧制御回路２５の出力である電流基準を制限する数曲
を持つ電流制限回路８０を電圧制御回路２５と並列に設
けたこと、変成器４２を介して得る電流値を比較回路８
１にて設定器８２で設定された電流値Ｉ　ｌ）と比較し
、電流値Ｉｏ以下に減少したならば遅れ回路８３を介し
てスイッチ１９の開放指令である第３の遅れ信号ＴＤ３
を発生することである。

この実施例の作用を第９図を使って説明する。

時刻ｔ１にて、図示していないスイッチ１７の投入指令
が出て、電流形インバータの運転を開始するが、この時
の電流基準を電流制限回路８０を使って、同図（３）に
示すようにランプ関数的に増加させていく。この実施例
でも、第１の実施例と同様に電流位相があわせられて運
転を開始しているのて、商用電源からの電流■。は同図
（２）に示されるように直線的に減少していく。時刻ｔ
２にて、比較回路８１でこの電流値が電流値１ｏ以下に
なったことを検出すれは、信号ＴＤ３によりスイッチ１
９を開く指令を発する。電流１ｃは設定値ＩＯによって
異なるが、はぼ零電流にて切換えることができる。

第３の実施例においては、第１の実施例と同様に安定な
切換え運転ができるとともに、第２の実施例と同様に、
弁筒となる誘導雷動感に不足あるいは過大なトルクを発
生させないので望ましいシステムを提供することができ
る。更に、電流制御回路８０による電流基進の立ち上が
り傾斜を調整することにより、電流形インバータの出力
電流の急激な立ち上がりを防ぐとともに、切換え時間も
所定の時間内に完了させることかできるという利点を持
つ。

［発明の効果］以上説明したように、この発明によれば、基準となる商
用電源側の電流位相を電力変換装置を投入しても影響を
受けない電圧位相とりＪ負え直前の電流量によってめ、
更に、この電流量を保持することにより、基準となる電
流位相も保持できるので、次の特徴を持った交流電動−
の書１動装四を提供することができる。

（１）変圧器と少な（とも１個の変成器があれば安定し
た切換え運転ができるので、Ｎ価な装置どなり得る。

（２）切換え運転中も基準となる電流位相を保持でるこ
とができるので、安定な切換え運転ができる信頼性の高
い装置である。

また、更に、切換え直前の電流量を１７持して、その電
流量を指令値として与えたり、戊い１：！、、゛電流制
限回路によって電力変ｔ５！！装置の出力電流を徐々に
上げながら、商用電源側の電流が所定部以下まで減少し
たことを検出して切換え運転を完了することにより、次
の特徴をもった交流電（す閂の１叩初装置を１♀供する
ことができる。

（３）負荷となる誘導雷φＩＪ１９に不足１−ルク或い
は過大１〜ルクを発生さけない望ｊしい運転がＣきろ電
力装置である。

（４）出力電流の急激な立ち上がりを防ぐとともに切換
え運転も所定時間以内に完了させることができる信頼性
の高い装置である。

尚、以上の説明において、電力変換装置に対して独立な
交流電源を商用電源として説明してきたが、これが、た
とえば他の電力変換装置による電源であっても、この発
明の主旨を何らそこなわないことは明らかである。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の構成図、第２図は電流形インバータ
の主回路構成図、第３図はこの発明の一実施例を示ず構
成図、第４図は、この発明を説明づるためのベク（ヘル
図、第５図は第３図の電流位（目演梓回路４４の詳矧図
、第６図はこの発明の他の実施例を示す構成図、第７図
は第６図の動作説明図、第８図は、この発明の更に他の
実施例を示η構成図、第９図（ま第８図の動作説明図で
ある。１１・・・商用電源、１２，１７．１９・・・スイッチ
、１３・・・変圧器、１４・・・整流回路、１５・・・
直流リアクトル、１６・・・インバータ回路、１８・・
・Ｆ、Ｒｉ？電動１１２１．８２・・・設定器、２２・
・・入力制限回路、２３．４１・・・変圧器、２４．２
７・・・整流回路、２５・・・電圧制御回路、２６．３
３．４２・・・変成器、２８・・・電流制御回路、２９
・・・位相制御回路、３０・・・発振器、３１・・・リ
ングカウンタ、３２・・・１＜）レス増幅回路、３４・
・・電流）小出回路、３５・・・位相比較器、４３・・
・保持回路、４４・・・電流位相演算回路、５１・・・
３相、／２相変挽器、５２．５３・・・積分器、５４．
５５，５６．５９・・・洟膵回路、５７・・・割算器、
５８・・・関数発生回路、６０．６１・・・Ｉｉｔ算器
、７１・・・スイッチ、７２，７３．８３・・・遅れ回
路、８０・・・電流制限回路、８１・・ｊに執回路。出願人代理人　弁理士　５１Ｙ江武彦 −、Ｊ　Ｌ　Ｊ第３図第４図＼Ｒｔ＋　ｂ第９図１１２

Claims

【特許請求の範囲】

（１）　出力に任意の周波数の交流を発生する電流制御
形の電力変換装置、この電力変換装置に対して独立な交
流電源、前記電力変換装置酸いは前記交流電源にて駆動
される交流電動償、前記電力変換装置と前記交流電動機
の間に設けられた第１のスイッチ、前記交流電源と前記
交流電動機の間に設置ノられた第２のスイッチを備えた
交流電動機の駆動装置において、前記交流電動機を前記
交流電源から前記電力変換装置へ切換えるため、前記交
流電源の電圧位相を検出する第１の手段、前記交流電源
の電流量を検出する第２の手段、この第２の手段の出力
信号を所定時間保持する第３の手段、前記第１及び第３
の手段及び前記交流電動機の特性から前記交流電動機の
電流位相を演算する第４の手段、この第４の手段の位相
検出信号と同期して前記電力変換装置の運転開始を指令
する第５の手段を具備して成る交流電動機の駆動装置。
（２）　出力に任意の周波数の交流を発生する電流□制
御形の電力変換装置、この電力変Ｐ！！装置に対して独
立な交流電源、前記電力変換装置或は前記交流電源にて
駆動される交流電動（幾、前記電力変換装置と前記交流
電動機の間に設けられた第１のスイッチ、前記交流電源
と前記交流電動□の間に設けられた第２のスイッチを備
えた交流電動機の駆動装置において、前記交流電動機を
前記交流電源から前記電力変換装置側へ切換えて運転す
るために、前記交流電源の電圧位相を検出する第１の手
段、前記交流電源の電流量を検出する第２の手段、この
第２の手段の出力信号を所定時間保持覆る第３の手段、
前記第１及び第３の手段及び前記交流型ｖＪ機の特性か
ら前記交流型！ＪＩ（８）の電流位相を演算する第４の
手段、この第４の手段の位相検出信号と同期して前記電
力変換装置の運転開始を指令する第５の手段、前記第３
の手段の出力信号に従って、前記電力変換装置の運転開
始後の電流基準を与える第６の手段を具備して成る交流
電動機の駆８装置。
（３）　出力に任意の周波数の交流を発生する電流制御
形の電力変！ｌＡ装置、この電力変換装置に対して独立
な交流電源、前記電力変換装置或は前記交流電源にて駆
動される交流電動纏、前記電力変換装置と前記交流電動
機の間に設けられた第１のスイッチ、前記交流電源と前
記交流電動機の間に設けられた第２のスイッチを備えた
交流電動機の駆！Ｉｌ装置において、前記交流電動機を
前記交流電源から前記電力変換装置側へ切換えて運転す
るために、前記交流電源の電圧位相を検出する第１の手
段、前記交流電源の電流量を検出する第２の手段、この
第２の手段の出力信号を所定時間保持する第３の手段、
前記第１及び第３の手段及び前記交流電′＃Ｊ機の特性
から前記交流電動機の電流位相を演算する第４の手段、
この第４の手段の位相検出信号と同期して前記電力変換
装置の運転開始を指令する第５の手段、電力変換装置の
運転開始後に、前記第２の手段の検出信号を入力として
、この検出信号が所定値以下になったことを判別して前
記第２のスイッチに間数指令を発する第６の手段を具備
して成る交流電動別の駆動装置。