JPS6129233B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明は周波数変換器を用いて誘導電動機を駆
動する場合に周波数変換器の出力周波数に制限が
ある場合でも高速回転速度で運転が可能とし、か
つ負荷電流の変化に伴う電動機主磁束の変動を防
止する誘導電動機の制御装置に関する。 一般に、周波数変換器により交流電動機を駆動
するものにおいては、電動機の回転速度Ｎは変換
器の出力周波数に依存する。そして通常、回転
速度Ｎは次式で与えられる同期速度以下で運転さ
れる。 Ｎ＝１２０／ｐ ……(1) ここに、ｐ：極数 一方、変換器の出力周波数は、その特性によつ
て上限値が存在するのが普通である。例えば、一
定周波数の電圧を入力し、可変周波数の正弦波状
電圧に変換するサイクロコンバータでは、その出
力周波数上限は電源入力周波数の1/3程度以下に
制限される。そのため、前述の関係に従つて回転
速度も制限されることとなり、もし負荷装置がさ
らに高速回転を要求する場合にはそれに応じるこ
とができない。 これを解決する方法として、多相の１次巻線と
２次巻線を有する電動機を用い、両巻線に流す電
流が互いに逆相の関係となるようにして、同期速
度の２倍の速度で運転しうるようにすることが知
られている。 しかし、この方法は、基本的に負荷電流の変化
に伴い電動機の主磁束が変動する特性を有してお
り、分巻特性（電動機磁束（電動機電圧）が負荷
電流に応じて変化することのない特性）が要求さ
れる圧延機駆動用には適用できない。 そのため、これを解決するため本出願人は先に
特願昭53−1122号を提案した。これに用いる電動
機は固定子側と回転子側のそれぞれに多相巻線を
もつているが、固定子側は回転子側に比べ冷却が
容易である等の理由により、固定子側の巻線数す
なわちその起磁力量を回転子側に比べ多くするな
らばそれによつて電動機の小形化を図ることがで
きる。 本発明は、このような課題に対処して成された
もので、その目的とするところは、固定子側と回
転子側の各巻線の起磁力量に差がある場合におい
て、圧延機駆動用等に好適な分巻特性を得ること
のできる誘導電動機の制御装置を提供することに
ある。 本発明の特徴とするところは、起磁力量の異な
る１次及び２次巻線を有する電動機、前記両巻線
を互いに逆相の関係となるように接続し、これに
可変周波数の電流を供給する周波数変換器、該変
換器の出力電流の大きさと位相を制御するための
電流制御回路等によつて構成された電動機制御装
置において、１次巻線及び２次巻線が作る起磁力
ベクトル、並びにそれらの合成ベクトルと１次起
磁力ベクトルの位相角をα、合成ベクトルと２次
起磁力ベクトルの位相角をβとするとき、１次、
２次起磁力の大きさが変化しても合成ベクトルの
大きさは変化しないような両位相角α，βの和に
応じて変換器の出力電流の位相を制御するように
したことにある。 第１図に本発明の一実施例の構成図を示す。１
は商用交流電源（３φAC）からの交流を入力
し、可変周波数の３相交流を出力するサイクロコ
ンバータ（以下CYCと記す）で、逆並列に接続
されたサイリスタス純ブリツジ回路Ｕ_P，Ｕ_N，Ｖ
_P，Ｖ_N及びＷ_P，Ｗ_Nの３組から構成される。２は
３相の１次巻線Ｕ〜Ｗ（固定子側）と２次巻線
U′〜W′（回転子側）を有する誘導電動機で、２
次巻線は図示しないスリツプリングを介して１次
巻線と直列接続されている。３は速度指令回路、
４は電動機２の回転速度を検出する速度検出器、
５は速度指令回路３からの速度指令信号と速度検
出器４の出力信号を突き合わせ増巾する速度偏差
増巾器、６は速度偏差増巾器５の出力信号と磁束
指令回路７からの磁束指令に基づいて電流値指令
信号と電流位相指令信号を出力する演算回路、８
は電動機２の回転軸の回転角に応じた位相の３相
正弦波位置信号を出力する位置検出器、９は電流
位相指令信号に応じて位置信号を移相する位相
器、１０は電流値指令信号と移相器９の出力信号
を掛算し、CYC１の出力電流（Ｕ相）を制御す
るための電流指令信号（正弦波信号）を出力する
掛算器、１１はCYC１のＵ相（Ｕ_P，Ｕ_N）の出
力電流を検出する電流検出器、１２は電流指令信
号と電流検出器１１の出力信号を突き合わせ束巾
する電流偏差増巾器、１３は電流偏差増巾器１２
の出力信号に従つてCYC１のＵ相（Ｕ_P，Ｕ_N）
の点弧位相を制御する自動パルス移相器、１４は
Ｕ_P，Ｕ_Nの出力電流の向きに応じて、Ｕ_Pあるい
はＵ_Nにゲート信号を供給するゲート出力回路で
ある。なお、図においてはCYCのＵ相に対する
制御回路のみを示したが、他の相に対しても前述
の９〜１４と同様の制御回路がある。それらにつ
いては記述を省略する。 第２図は演算回路６の詳細な構成図を示すもの
で、破線内が演算回路である。１５は速度偏差増
巾器５の出力信号を２乗する掛算器、１６は後述
の電流値指令信号Ｉ_Pを２乗する掛算器、１７は
電動機２の２次巻線と１次巻線の起磁力比に等し
い増巾率をもつ増巾器、１８は増巾器１７の出力
信号を２乗する掛算器、１９は掛算器１６から掛
算器１５の出力信号を減算する減算器、２０は掛
算器１８から掛算器１５の出力信号を減算する減
算器である。２１，２２はそれぞれ減算器１９，
２０の出力信号の平方根を取り出す平方根回路、
２３は両平方根回路の出力信号を加算する加算
器、２４は加算器２３の出力信号と磁束指令を突
き合わせ、前者の信号が磁束指令に一致するよう
な関係を与える電流値指令信号Ｉ_Pを出力する磁
束偏差増巾器、２５は速度偏差増巾器５の出力信
号を電流値指令信号Ｉ_Pで徐した値に対して逆正
弦関数の関係にある信号を出力する逆正弦回路、
２６は同様に速度偏差増巾器５の出力信号を増巾
器１７の出力信号で除した値に対して逆正弦関数
の関係にある信号を出力する逆正弦回路、２７は
両逆正弦回路の出力信号を加算する加算器であ
る。 次に本実施例の動作原理を、第３図に示すベク
トル図を用いて説明する。第３図は、１次巻線と
２次巻線のそれぞれに３相正弦波電流を互いに逆
相の関係となるように流した場合の１次巻線起磁
力F₁と２次巻線起磁力F₂の関係を示す。いずれ
の起磁力も、各巻線が３相正弦波電流が励磁され
るため、等速度で回転する円形磁界となる。い
ま、時刻ｔ＝０において、F₁が図示Ｏの位置に
あり、F₂が図示O′にあつたとする。その時、
F₁，F₂による電磁力によつて回転子（２次側）
はトルクを受け時計方向の回転する。次に時間が
経過してｔ秒後となつた状態についてみると、
F₁は図示のように電気角でω_Hｔ（ω_H：励磁角
周波数）だけ進んでいる。一方、回転子は電気角
でω_rｔだけ進む。また、F₂は２次側が逆相に励
磁される関係からω_rｔ−ω_Hｔだけ進む。ところ
で、ω_Hはω_rのちようど1/2となるように設定す
ることにより、結局F₂は ω_rｔ−ω_Hｔ＝ω_Hｔ ……(2) だけ進む。この関係は、位置検出器８の出力信号
角周波数が1/2ω_rであるものを使用することで実
現できる。 以上のようにして、F₁とF₂の位相関係は時刻
ｔ＝０と変わることなく、トルクは連続して発生
し、回転子は回転を続ける。 ω_Hと回転角速度ω_ｒ／ｐ（ｐ：極対数）の関係につ いてみると、回転角速度は２・ω_Ｈ／ｐになる。すな わち、周波数変換器の出力周波数が一定でも、従
来のものに比べ回転速度を２倍に高めることがで
きる。 一方、電動機の主磁束量φは、第４図のベクト
ル図に示すように、F₁とF₂のなす角がα＋βの
場合次で与えられる。 φα＝F₁cosα＋F₂cosβ ……(3) なお、第４図ではF₁＞F₂としてある。 ここで、位相角度α，βが固定の場合について
みると、φはF₁，F₂すなわち１次電流I₁に比例す
る特性となる。これは従来の場合のように直巻特
性となり、圧延機駆動等には適用できない。 しかし、もしI₁に応じてα，βを制御すれば、
φをI₁に無関係に一定にできることも(3)式より明
らかである。その条件を満す関係は、第４図に示
す三角形において、２辺F₁，F₂の大きさ（F₁と
F₂は一定比率）が変化した場合においても、他
の辺φ（F₁＋F₂）が一定に保たれる関係である。 電動機の発生トルクは第４図に示すＴ（＝
F₁sinα，F₂sinβ）に比例して発生するからトル
ク指令信号に基づいて、F₁cosα，F₂cosαに比
例した信号を演算し、その和が所定値に制御され
るように１次電流I₁（F₁，F₂）を制御し、同時に
I₁の指令信号とトルク指令信号に基づいて位相改
度α，βを演算し電流の位相（F₁とF₂の位相
差）を制御する。以上が本発明の原理である。 次に前記実施例の動作を説明する。速度偏差増
巾器５からは電動機のトルクを指令するための信
号（以下トルク指令信号τ_Pと記す）が取り出さ
れる。掛算器１５により信号τ_Pの２乗に比例し
た信号を取り出し、掛算器１６からの電流値指令
信号の２乗に比例した信号との差を演算する。そ
して平方根回路２１からはF₁cosαに比例した信
号が取り出される。 一方、増巾器１７において信号Ｉ_Pに対し所定
比率（ｋ倍）の信号が取り出される。その比率ｋ
はF₂とF₁の比率に一致させてある。 掛算器１８、減算器２０及び平方根回路２２に
おいて、前述と同様にしてF₂cosβに比例した信
号が取り出される。 加算器２３は、前記F₁cosα及びF₂cosβに比
例した信号を加算し、第４図に示すφに比例した
信号を取り出す。磁束偏差増巾器２４はこの信号
と磁束指令の偏差を増巾し電流値指令信号Ｉ_Pを
出力する。信号Ｉ_Pは前述したように掛算器１６
及び増巾器１７に帰還された負帰還ループが形成
たれるため、加算器２３の出力信号は常に磁束指
令に一致するようになる。 一方、逆正弦回路２５，２６において、次式に
示す演算を行い、位相角α，βに比例した信号α
_P，β_Pが取り出される。

【表】 ここに、τ_P：トルク指令信号の大きさ Ｉ_P：電流値指令信号の大きさ そして加算器２７から信号α_P，β_Pの和である
電流位相指令信号が取り出される。 次に、全体的な動作の説明を第１図を用いて行
う。電動機の電流は、掛算器１０以下によつて構
成される電流制御回路の動作に従つて信号Ｉ_Pに
比例する如く制御される。また、その周波数は位
置検出器８の信号に従つて制御される。なお、こ
の信号の角周波数ω_Hは回転電気周波数ω_rの1/2
に設定されている。さらに電流の位相は、移相回
路９により電流位相指令信号に応じて制御され
る。その場合、基準となる位置検出信号をθだけ
移相すると、F₁とF₂の位相差は２θだけ変化す
るため、F₁とF₂の位相差がα＋βとなるよう
に、移相回路９によつて位置検出信号を（α＋
β）／２だけ移相するようにしている。 以上のようにして、電流の大きさと位相が制御
される結果、主磁束量φは一定のままでトルクの
大きさが制御される。 このとき、１次巻線と２次巻線の誘起電圧の大
きさは電流の変化に対して無関係に一定に保たれ
る。しかし各誘起電圧の間の位相差が電流に応じ
てある程度変化するため、両誘起電圧のベクトル
和である電動機電圧は、電流に応じて若干変化す
る特性を示す。もし電動機電圧をより一圧に制御
する必要がある場合には、磁束指令回路７からの
磁束指令に電流に関係した信号を加算し、電動機
電圧の変動を無くすこともできる。 したがつて、本発明によれば、周波数変換器の
出力周波数で定まる同期速度の２倍の回転速度で
運転が可能な前述したような電動機制御装置にお
いて、特に電動機の１次巻線と２次巻線の起磁力
に差がある場合においても、分巻特性が得られ圧
延機駆動等に好適な電動機制御装置を提供するこ
とができる。 なお、本発明は、周波数変換器としてCYCを
用いたものに限らず、他の種類の変換器を用いて
も同様の効果が得られる。さらに電動機の巻線の
相数は３に限らず他の多相であつてもよい。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す電動機制御装
置の構成図、第２図は第１図に示す回路要素の詳
細な回路構成図、第３，４図は本実施例の動作を
説明するための図である。 １……サイクロコンバータ、２……電動機、３
……速度指令回路、４……速度検出器、５……速
度偏差増巾器、６……演算回路、７……磁束指令
回路、８……位置検出器、９……移相器、１０…
…掛算器、１１……電流検出器、１２……電流偏
差増巾器、１３……自動パルス移相器、１４……
ゲート出力回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 多相の１次巻線と２次巻線を逆相に接続され
   た誘導電動機と、該誘導動機の回転位置を検出す
   る位置検出器と、前記誘導電動機の両巻線に可変
   周波の交流電流を共通に供給する１台の周波数変
   換器と、速度指令信号と速度帰還信号の偏差に応
   じたトルク指令信号を出力する速度制御回路と、
   前記トルク指令信号と前記誘導電動機の端子電圧
   を定める磁束指令信号に応じた電流指令信号と電
   流位相指令信号を出力する電流演算回路と、前記
   位置検出器の位置信号を前記電流位相指令信号に
   応じて移相する移相器と、前記周波数変換器の出
   力電流の位相は前記移相器から得られる移相位置
   信号に基づいた位相で、大きさが前記電流指令信
   号に比例するように前記周波数変換器を制御する
   変換器制御手段とを具備し、前記電流演算回路は
   前記１次巻線及び２次巻線が作る起磁力ペクトル
   の合成ベクトルと前記１次起磁力ベクトルの位相
   角をαおよび前記合成ベクトルと２次起磁力ベク
   トルの位相角をβとするとき、１次及び２次起磁
   力の大きさが前記トルク指令信号が変化しても合
   成ベクトルの大きさが変化しないような両位相角
   α，βの和に応じて電流位相を決定するようにし
   たことを特徴とする誘導電動機の制御装置。