JPS623671B2

JPS623671B2 -

Info

Publication number: JPS623671B2
Application number: JP54052449A
Authority: JP
Inventors: Kurauchetsuku Heruitsuhi; Shunaidaa Manfureeto; Burashuke Fueritsukusu
Original assignee: Siemens Corp
Current assignee: Siemens Corp
Priority date: 1978-04-28
Filing date: 1979-04-27
Publication date: 1987-01-26
Also published as: JPS54143814A; DE2818933A1; DE2818933C2

Description

【発明の詳細な説明】本発明は、交流電源系統より非同期機に給電す
るため自励式変換器、平滑中間回路電流を有する
中間回路、及び他励式変換器から成る周波数変換
器を備え、その自励式変換器は転流の際負荷電流
に応じて再充電される転流コンデンサを有し、自
励式変換器及び他励式変換器に磁界オリエンテー
シヨンの原理によつて動作する制御及び調整回路
が設けられ、この制御及び調整回路によつて非同
期機の磁化電流目標値及び有効電流目標値を互い
に別々に調整し得るようにした非同期機の制御方
法、及びその方法を実施するための装置に関する
ものである。

この種の制御方法は雑誌
「Regelungstechnische Praxis」1973年９月号、
第217〜221ページ、特に第５図とその説明から公
知である。非同期機の制御における磁界オリエン
テーシヨンの原理はドイツ連邦共和国特許第
1941312号明細書に詳細に記載されている。

転流コンデンサを負荷電流に応じて再充電する
式の自励式変換器は非同期機への給電用として
種々の実施形態のものが知られている。第１の実
施形態においては、可制御主電気弁から成る三相
ブリツジ回路に可制御消弧弁の別の三相ブリツジ
回路が並列接続されている。その場合、初めに述
べたブリツジ回路のアームの中央取出点は後者の
ブリツジ回路のアームの中央取出点にそれぞれ転
流コンデンサを介して接続される（ドイツ連邦共
和国特許出願公開第1941312号明細書の特に第１
３図、及びドイツ連邦共和国特許出願公開第２２
３６７６３号明細書の特に第１図参照）。第２の
実施形態においては、自励式変換器において相順
消弧式変換器が取扱われている。その場合、可制
御主電気弁から成る三相ブリツジ回路においては
各主電気弁に非制御電気弁が直列に接続され、各
アームには中央取出点に隣り合つて両側にそれぞ
れ１つの非制御弁が挿入されている。更に各ブリ
ツジ半部において、１つのアームの所属の非制御
弁を有する主電気弁の接続点と、他の２つのアー
ムの対応する接続点との間にそれぞれ転流コンデ
ンサが配置されている（ドイツ連邦共和国特許出
願公開第2514557号及び第2520158号明細書の特に
各第１図参照）。

自励式変換器の両実施形態においては、転流過
程は原理的に同じようにして行なわれる。即ち、
負荷電流はまずちようど有効になつた転流コンデ
ンサに転流される。その転流コンデンサは、その
電圧が転流時点に非同期機に存在する起電力に達
するまで負荷電流によつて再充電され、そこで次
の相の電流が確立する。次の相へ電流が移行する
間、当該転流コンデンサは上述の非同期機起電力
以上に一定の過充電電圧分だけ付加的に充電され
る。両実施形態において、ちようど問題となる転
流コンデンサが負荷電流によつて再充電されるの
で、転流過程は負荷の大きさに関係する。

一般に、有効転流キヤパシタンスは上記の過充
電電圧が大き過ぎないように定め、それにより変
換器の電気弁に過大電圧が生ぜず、電気弁を直列
接続する必要の無いように努力が払われている。
このことは、転流コンデンサのキヤパシタンスが
十分大きく選定されねばならないことを意味す
る。このキヤパシタンスは、電気弁の許容電圧負
荷に応じた下限値（最小キヤパシタンス）以上で
なければならない。このようにして、通常の運
転、極端な条件が課されないときは、電気弁の電
圧を許容範囲内に保持することができる。

しかし、キヤパシタンスのこの下限値により、
好ましくない運転状態のもとで転流時間が極めて
長くなることがある。それは最高動作周波数のも
とで無負荷運転する場合において、弱め界磁制御
が存在する場合である。しかしながら、変換器に
おいては、規則的な転流過程を保証するために、
三相変換器（例えばサイリスタを三相ブリツジ接
続したもの）においては転流時間が周期の1/3に
相当する最大時間よりも長くなつてはならない。
それ故非同期機の無負荷電流が、各周波数のもと
で負荷に無関係に一定の磁界で運転すると仮定し
て、最大電流に対して極めて小さくなり、例えば
最大電流の10％になるようなことのある好ましく
ない運転の場合に、電気弁の電圧負荷が常に、特
に最大負荷時に、許容限界内に保たれなければな
らないとすると、無負荷運転時には必要とする転
流コンデンサの最小キヤパシタンスから生じる転
流時間が許容最大時間を超えてしまう恐れがあ
り、それはもちろん変換器を運転不能の事態にさ
せてしまうものである。

言い換えるならば、直流中間回路付周波数変換
器における自励式変換器の転流コンデンサのキヤ
パシタンスの決定は、高い動作周波数のもとで大
幅に変化する中間回路電流が転流されねばならな
い場合非常に困難になる。即に述べたように、無
負荷の場合、弱め界磁運転において生じる減少し
た磁化電流は、三相変換器の場合で周期の1/3に
等しい最大時間内に転流コンデンサを充電させる
のには不十分である。特別な対策を講じない限
り、上述の運転条件は変換器を運転不能に到らし
める。

非同期機に給電する前述の型の周波数変換器
は、かかる好ましくない運転条件の場合でも、即
ち最高動作周波数のもとで無負荷の場合でも上述
の条件を満さなければならず、それに従つて許容
転流遅延時間は再充電に対する許容最大時間より
も常に小さくなければならない。この条件を満た
すのには２つの可能性がある。

第１の可能性：転流コンデンサのキヤパシタン
スを、全運転範囲において順序正しい転流が保証
され、それによつて常に安全確実な運転が可能と
なるように小さく選定する。この第１の可能性は
周波数変換器の従来の設計でしばしば行なわれて
きた。しかし、それには欠点があり、周波数変換
器の適用上制約がある。即ち転流コンデンサに高
電圧が生ずるおそれがあり、それは変換器の電気
弁、特に半導体電気弁として構成された電気弁に
大きな電圧負荷をかける結果となる。そのためし
ばしば電気弁を直列接続して用いることが必要と
なり、装置が高価となる。更にこの可能性におい
ては、非同期機を無負荷電流又は最外位置の弱め
界磁点における磁化電流が規定値、例えば定格電
流の20％を下まわらないように設計しなければな
らない。これは一つの制約であり、場合によつて
は非同期機の最適設計をなし得ないことになる。

第２の可能性：各転流コンデンサのキヤパシタ
ンスを十分大きく選定し、それ故転流コンデンサ
を電圧制限に最適に設計し、しかも非同期機の無
負荷電流の定格電流に対する比に無関係に設計す
る。しかし、転流過程を負荷に十分無関係に行な
うためには、付加的な振動回路を設ける必要が生
ずる。この第２の可能性は例えばドイツ連邦共和
国特許第904917号明細書やアメリカ特許第
3733543号明細書に記載されているところであ
る。

しかしながら上述の２つの可能性はそれぞれ自
励式変換器の主電流回路に付加的コストがかかる
という欠点を持つ結果となつている。

本発明の目的は、磁界オリエンテーシヨンの原
理に従つて運転される非同期機に給電する周波数
変換器における自励式変換器の確実な転流を比較
的低いコストで保証することにある。しかもその
場合、一方では電気弁の直列接続を必要としては
ならず、他方では付加的な振動回路をも必要とし
ないことが条件である。更に他の目的はそれを実
施し得る回路装置を提供することにある。

本発明は、上記目的は自励式変換器が転流コン
デンサの前述の第２の可能性によりそのキヤパシ
タンスに関して電圧制限に最適に設計されている
電流中間回路付周波数変換器の場合、その自励式
変換器の通常の制御において転流時間が許容最大
時間（例えば1/3周期の時間）よりも常に短く保
たれるようにすれば達成できるという考えに基い
ている。

前記目的は初めに述べた制御方法において本発
明によれば、少なくとも自励式変換器の確実な転
流のために必要な最小有効電流の存在する予め与
えられたトルク・負荷点から非同期機のトルクが
減少するとき、少なくとも最小有効電流目標値を
保持し、同時に磁化電流目標値を減少させること
によつて達成される。

上述の予め与えられたトルク・負荷点以下の値
からトルクが増大する場合は、それに応じて逆に
行なわれる。

従つて前述の目的は、電力回路ではなく制御回
路部分における特定の対策によつて達成され、そ
れにより前記の可能性に対するコストは大幅に低
減する。非同期機の瞬時磁束に対応する磁化電流
よりも大きくあり得、且つ電流の順序立つた転流
に十分である中間回路電流の最小値が常に与えら
れる。

本発明の制御方法を使用して、全負荷（トル
ク・定格負荷点）からの負荷軽減（＝トルク減
少）は本発明の第１の実施態様によれば次のよう
にして行なわれる。即ち、まず磁化電流をそのま
まにして有効電流目標値を最小有効電流が得られ
るまで減少させる。この目標値は以下のように下
回ることはない。即ち、負荷が更に軽減された場
合、有効電流目標値が元の値に復帰されることは
なく、むしろ最小有効電流が維持される。そのた
め非同期機の磁化電流目標値は減少される。そう
することにより、非同期機の磁束は復帰し、トル
クは減少される。その場合、厳密な無負荷運転は
直ちには不可能である。即ち他の対策を講じない
限り、一定の最小トルク、例えば定格トルクの５
％を下まわることはできない。そして電動機運転
から発電機運転への移行の際、有効電流目標値の
極性が切換えられる。続いて負荷が増大するにつ
れて磁化電流目標値はその大きさについて、所定
値に達した後に引き続いて磁化電流目標値が増大
できるようになるまで再び増大される。

本発明の第２の実施態様によれば、非同期機の
トルクが減少したとき、まずトルク・定格負荷点
から、i₁ ^*を磁化電流目標値、i₂ ^*を有効電流目
標値、Ｋを定数として、磁化電流目標値を関数
i₂ ^*＝Ｋ・i₁ ^*に従つて有効電流目標値の減少に
比例して、予め与えられたトルク・負荷点が得ら
れるまで減少させるようにすることもできる。

トルクを最小トルク以下に調整するための手段
は、可調整のパルス・パルス休止比で正及び負の
最小有効電流間で切換制御するようにしてもよ
い。

本発明を実施するための装置は、特に公知の制
御回路に対しては付加的に設けた補助回路として
構成することができる。

制御及び調整回路を備え、磁化電流目標値は磁
界調節器を介して与えられ、有効電流目標値は回
転数調節器を介して与えられる本発明の制御方法
を実施するための装置は、本発明によれば、磁界
調節器の出力側に、入力信号零の点に関して対称
なＶ字型の特性を有する第１の関数発生器が設け
られ、この第１の関数発生器の出力側から制御及
び調整回路のための磁化電流目標値が取出され、
回転数調節器の出力側に、ステツプ状の特性を有
する第２の関数発生器が設けられ、この第２の関
数発生器の出力端子から制御及び調整回路用の有
効電流目標値が取出されることによつて得られ
る。

制御及び調整回路を備え、磁化電流目標値は磁
界調節器を介して与えられ、有効電流目標値は回
転数調節器を介して与えられる制御方法を実施す
るための他の装置は、本発明により、磁界調節器
の出力側に乗算回路の第１の入力端子が接続さ
れ、この乗算回路の第２の入力端子は回転数調節
器の出力端子に接続され、乗算回路の出力端子か
らは制御及び調整回路のための磁化電流目標値が
取出され、回転数調節器の出力側には、ステツプ
状の特性を有する関数発生器が設けられ、この関
数発生器の出力端子から制御及び調整回路のため
の有効電流目標値が取出されることによつて得ら
れる。

次に図面を参照して本発明を更に詳細に説明す
る。

第１図は公知のトランスベクトル制御方法をベ
クトル図で説明するものである。これによれば非
同期機の固定子電流ｉ_sは２つの成分に分解さ
れ、その１つは磁化電流i₁であり、他の１つは有
効電流i₂である。固定子電流ｉ_sは磁化電流i₁と角
度νをなしている。磁化電流i₁のベクトルは非同
期機の磁束Φのベクトルと同じ方向に示されてい
る。公知のトランスベクトル制御方法の場合、第
１図に示すように固定子電流ｉ_sの位置は非同期
機の磁束Φ又は固定子電圧に対して予め与えら
れ、かつ制御される。磁化電流i₁及び（非同期機
のトルクに比例する）有効電流i₂はそれぞれ（図
示していない）目標値として与えられる。これら
の電流は以下i₁ ^*及びi₂ ^*で示される。固定子電
流ｉ_sのベクトルの先端は、制御の際、負荷又は
トルクに応じて、Ｌで示される軌跡上を移動す
る。この軌跡Ｌは垂直に走る直線である。

動作点Ａで示される全負荷の場合、磁化電流i₁
は定格磁化電流ｉ_1oに等しく、有効電流i₂は定格
有効電流ｉ_2oに等しい。全負荷から負荷軽減（ト
ルク減少）されると、有効電流目標値i₂ ^*は、磁
化電流をｉ_1oに保持したとき減少される。有効電
流目標値がi₂ ^*＝０となつた後その符号は逆にな
り、この有効電流目標値i₂ ^*は磁化電流ｉ_1oを保
持したとき、逆のエネルギー方向において動作点
Ｆで全負荷が得られるまで再び増大される。

ここで実施されている考察においては、実際値
i₁，i₂は制御の際予め与えられる目標値i₁ ^*ない
しi₂ ^*に直接追従する、即ち、第１図に示されて
いる内容は対応する目標値に対してもあてはまる
ものと仮定されている。このことは第２図におい
ても前提とされている。

周波数が高く、弱め磁界運転においては、即ち
磁化電流i₁の小さな場合には、第１図の軌跡Ｌの
ハツチンで示す範囲内ではi₂＝０の附近で転流時
間が過大となることがあり、そのため非同期機に
給電するインバータが機能を発揮できなくなるこ
とがある。それ故第１図に与えられている固定子
電流ｉ_sの軌跡が、第２図に従い、個々の負荷点
又は動作点Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ及びＦ間の変化に
対応するように変更される。

第２図から推定できるのは、動作点Ａの全負荷
から負荷軽減の場合、周知のごとくまず磁化電流
i₁＝ｉ_1oを等しく保つたまま有効電流i₂が定格有
効電流ｉ_2oから、それ以下に減少しないという規
定の最小有効電流ｉ_2nioが動作点Ｂにおいて得ら
れるまで減少される。この最小有効電流ｉ_2nioは
少なくとも、自励式変換器の確実な転流が保証さ
れるような大きさに選定される。少なくともこの
最小有効電流ｉ_2nioを保持した状態で更に負荷が
軽減された場合、磁化電流目標値i₁ ^*（つまり有
効電流目標値i₂ ^*ではなく）が最小磁化電流ｉ_1ni
_ｏにまで減少される。そこで非同期機の磁束及び
トルクも同じように減少する。このようにして動
作点Ｃが得られる。

他の象限への移行の際、即ち発電機運転への移
行の際、動作点Ｃから出発して、最小有効電流ｉ
_2nioの目標値ｉ^＊ _２ｎｉｏの極性が切換えられる。それ
に
より破線で示すように動作点Ｄへの移行が行なわ
れる。続いて動作点Ｄから最小有効電流ｉ_2nioの
極性転換された目標値−ｉ^＊ _２ｎｉｏを保持したまま磁
化電流i₁の目標値i₁ ^*は、動作点Ｅで定格磁化電
流ｉ_1oが再び得られるまで増大される。次いでこ
の値ｉ_1oを保持して、動作点Ｆが得られるまで有
効電流i₂は最小値−ｉ_2nioから増大される。この
ようにして第１図にハツチンで示す「禁止」範囲
を避けることができる。

第２図に示されている制御方法においては、厳
密な無負荷運転を行なうことはできない。即ち非
同期機のギヤツプトルクは最小値、例えば定格ト
ルクの５％を下まわることはできない。

定格トルクの例えば５％というこの最小トルク
よりも小さな負荷トルクとしなければならない場
合は、一定のパルス・パルス休止比で＋ｉ_2nioと
−ｉ_2nio間で切換制御すればよい。その場合、ト
ルクは適当な平均値として与えられ、そのように
してそれぞれの値を正及び負の最小トルク＋Ｍ_ni
_ｏないし−Ｍ_nioの間に設定することができる。

第３図は第２図による制御方法を、しかも非同
期機の予め与えられた最小回転数以上で実施する
ための回路装置を示す。

第３図において、回転数ｎを検出するために回
転子軸３に速度計用発電機４を取付けた三相非同
期機２が周波数変換器を介して三相電源系統６の
相導体Ｒ，Ｓ，Ｔに接続されている。三相非同期
機２は例えば鉄道車両の駆動のために用いられ
る。周波数変換器は、自励式変換器７、他励式変
換器８、及び平滑リアクトル１０を有する直流中
間回路９から成つている。この有流中間回路９は
自励式変換器７を他励式変換器８と接続する。変
換器７，８，中間回路９から成る周波数変換器は
平滑中間回路電流Ｉ_dを有する周波数変換器であ
る。

自励式変換器７は相順消弧式変換器として構成
されている。この変換器は三相ブリツジ接続され
た可制御主電気弁を含んでいる。この主電気弁は
サイリスタとして構成されている。各主電気弁に
は非制御電気弁が直列に接続されている。その場
合、非制御電気弁の配置は、各アームにおいてそ
れぞれ三相非同期機２が接続される中央取出点の
両側に隣接して各１つの非制御電気弁が存在する
ように行なわれる。各ブリツジ半部において、１
つのアームの主電気弁及び非制御電気弁の接続点
とそれに対応する他の両アームの接続点との間に
それぞれ転流コンデンサが接続されている。図示
の変換器７の構成は例えばドイツ連邦共和国特許
出願公開第2514557号明細書の、特に第１図によ
り既に知られているところである。

自励式変換器７の６個の転流コンデンサは定格
電流に対して設計されている。即ち、各転流コン
デンサのキヤパシタンスは、すべての運転条件に
おいて電気弁にとつて危険な高いコンデンサ電圧
が避けられるように大きく選定される（電圧制
限）。しかし、後で述べる制御手段をとることに
より、付加的な振動回路を設けなくとも、転流時
間が大き過ぎてしまうという事態を避けることが
できる。

各変換器７，８には制御ユニツト１７ないし１
８が付設されている。これらの制御ユニツト１
７，１８は可制御電気弁に図示の制御導線を介し
て制御パルスを供給する。制御ユニツト１８は前
置の電流調節器２１から公知の様式で入力信号を
得る。電流調節器２１に属する比較器２２には、
直流中間回路９に設けられている計器用変流器２
０から中間回路電流Ｉ_dが電流実際値として加え
られる。この比較器２２には更に電流目標値Ｉ_d
^*が導かれる。比較器２２から得られる偏差ΔＩ
は電流調節器２１に加わる。

電流目標値Ｉ_d ^*はトランスベクトル制御のた
めの制御及び調整回路２３から供給される。この
制御及び調整回路２３は、公知の様式で、ベクト
ル解析器２３ａを含んでおり、これに磁化電流目
標値i₁ ^*及び有効電流目標値i₂ ^*が導入される。
制御及び調整回路２３は更にベクトル回転器２３
ｂを含んでおり、これにはベクトル解析器２３ａ
からcosν^*及びsinν^*の信号が、又、実際値演
算器２３ｃからcosν及びsinνの信号が導かれ
る。角度νの意味は第２図から明らかである。実
際値演算器２３ｃには非同期機電流Ｉ及び非同期
機電圧Ｕが加わる。実際値演算器２３ｃの出力端
子２３ｄには磁束実際値Φの測定量を生ずる。更
にベクトル回転器２３ｂからsin（ν^*−ν）の
信号を受けて制御ユニツト１７に対する入力信号
を与える角度調節器２３ｅも設けられている。こ
こでsin（ν^*−ν）という値は角度偏差（ν^*
−ν）に対する尺度である。ベクトル回転器２３
ｂは又出力端子２３ｆに出力cos（ν^*−ν）を
も与える。

磁化電流目標値i₁ ^*は磁界調節器２４及び関数
回路２５の助けによつて与えられ、有効電流目標
値i₂ ^*は関数回路２５及び回転数調節器２７の助
けによつて与えられる。その場合、関数回路２５
には回転数調節器２７の出力信号i₂ ^*″が加えら
れる。この出力信号i₂ ^*″はトルク目標値Ｍ^*と
見なすことができる。回転数調節器２７に前置さ
れている比較器２８には、ポテンシヨメータとし
て示されている目標値発信器２９から正の回転数
目標値ｎ^*が加えられると共に、速度計用発電機
４から負の回転数実際値ｎが加えられる。

関数回路２５には限界値表示器３１の出力信号
ａも加えられる。ヒステリシス特性を有すことの
できるこの限界値表示器３１には回転数実際値ｎ
が加えられる。出力信号ａは、回転数実際値ｎが
予め与えられた最小回転数n1を下まわるか、上
まわるかを示すものである。

更に関数回路２５には加算回路３３の出力信号
i₁ ^*″が加わる。この加算回路３３は、その一方
の入力端子がスイツチ３４を介して磁界調節器２
４の出力端子に接続され、他方の入力端子が特性
発信器又は関数発生器３６の出力端子に接続され
る。その場合、加算回路３３の一方の入力端子は
関数回路２５から供給される信号ｄによつて操作
されるスイツチ３４を介してアースに接続するこ
ともできる。関数発生器３６には、ポテンシヨメ
ータとして示されている目標値発信器３７の出力
から与えられる磁化電流目標値i₁ ^*′が加えられ
る。関数発生器３６には更に回転数実際値ｎも導
入される。関数発生器３６は、これを図示するブ
ロツクの中に示されている特性を持つように構成
されている。即ち、言い換えるならば、低回転数
ｎの場合その出力信号は調整された磁化電流目標
値i₁ ^*′に対応し、高回転数ｎの場合には出力信号
は連続的に低下する。従つて構成要素３６，３７
は所定の磁化電流特性のための目標値発信器を構
成している。この目標値発信器３６，３７は、弱
め界磁範囲において必要な磁化電流の減少をひき
起こす。更にこの目標値発信器はある予測制御を
行ない、その結果磁界調節器２４は修正に関与す
る。

磁界調節器２４の比較器３９には、出力端子２
３ｄから磁束実際値Φが、又関数発生器４０から
磁束目標値Φ^*が加えられる。関数発生器４０に
は、ポテンシヨメータとして図示された目標値発
信器４１から目標値Φ^*′が導かれる。更に関数
発生器４０には回転数実際値ｎも導かれる。この
関数発生器４０は関数発生器３６の特性に対応す
る特性を持つている。このようにして、両構成要
素４０，４１は所定の磁束目標値特性を有する目
標値発信器を構成する。

関数回路２５は、それぞれ切換スイツチとして
構成され且つ限界値表示器３１の出力信号ａによ
つて操作される第１及び第２のスイツチ５１ない
し５２を含んでいる。関数回路２５は更にそれぞ
れ当該ブロツク内に図示された特性を有する第１
の関数発生器５３及び第２の関数発生器５４を含
んでいる。

第１の関数発生器５３は入力信号i₁ ^*″に関し
て対称なＶ字型特性を持つている。減少する（負
の）入力信号i₁ ^*″によつて、出力信号はまず一
定に保たれ、所定値から直線的に復帰する。入力
信号i₁ ^*″＝０のとき、出力信号はなお零にはな
らない。増大する（正又は負の）入力信号
i₂ ^*″によつて出力信号は直線的に増大し、所定
値から再び一定値に保たれる。それに対して第２
の関数発生器５４はステツプ状の特性を持つてい
る。減少する（負の）入力信号によつて、出力信
号は直線的に減少し（零点を通る直線｝、所定値
のところから一定値を維持する。入力信号がほぼ
零になつた後出力信号の極性反転が起こる。上昇
する（正の）入力信号によつて出力信号はまず一
定値を維持し、所定値のところからは再び直線的
に増大する（零点通通直線）。

第１のスイツチ５１の助けにより出力信号
i₁ ^*″は直接に又は第１の関数発生器５３を介し
て磁化電流目標値i₁ ^*として制御及び調整回路２
３に導かれる。第２のスイツチ５２により回転数
調節器２７の出力信号i₂ ^*″は直接に又は第２の
関数発生器５４を介して有効電流目標値i₂ ^*とし
て制御及び調整回路２３に与えられる。

本発明の場合、新しい制御方法は所定の最小回
転数n1から初めて有効になる。この最小回転数
n1は限界値表示器３１を用いて決定される。通
常運転の場合、即ち最小回転数n1以下では、第
１図に従つた制御が行なわれる。その場合、両ス
イツチ５１，５２は第３図に示されている第１の
切換位置をとる。この場合出力信号i₁ ^*″は磁化
電流目標値i₁ ^*として直接に、又出力信号i₂ ^*″は
有効電流目標値i₂ ^*（トルク目標値Ｍ^*に等し
い）として直接に、制御及び調整回路２３のベク
トル解析器２３ａに接続される。ベクトル解析器
２３ａは中間回路電流Ｉ_dに対する電流目標値Ｉ_d
^*、及び磁束Φと固定子電流ｉ_sとの間の目標角
ν^*を形成する。中間回路電流Ｉ_d及び角度νは
電流調節器２１及び角度調節器２３ｅを介して調
整される。

実際回転数ｎが予め与えられた最小回転数n1
以上になると、限界値表示器３１が動作し、その
出力信号ａが他のレベル状態に跳躍する。それに
より両スイツチ５１，５２は図示されていない第
２の切換位置に切換えられる。ベクトル解析器２
３ａには両関数発生器５３，５４の特性によつて
修正された目標値i₁ ^*ないしi₂ ^*が導かれる。こ
れらの目標値i₁ ^*ないしi₂ ^*は第２図の特性線
Ａ，Ｂ，Ｃ，Ｄ，Ｅ，Ｆに沿つた制御方法を可能
とするものである。

第１の関数発生器５３はスイツチ３４を制御す
る信号ｄをも発する。この信号ｄは、第１の関数
発生器５３のＶ字状範囲内において磁束調節器２
４が作動しないように働く。その場合加算回路５
３の一方の入力端子はアースされる。磁界調節器
２４は、関数発生器５３の出力信号が最小入力信
号ｉ^＊″_２ｎｉｏ以上のところで一定に保たれる場合の
み
有効になる。

第４図には関数発生器２５の一実施例が示され
ている。関数回路２５は、一連の演算増幅器６１
〜６７及び論理回路として用いられるナンド回路
６８を用いて構成されている。

信号i₂ ^*″が加わる増幅器６１は２つのダイオ
ードと接続され絶対値形成に用いられ、この増幅
器６１の出力側には、加算回路として用いられる
増幅器６２が接続されている。増幅器６２の入力
側はポテンシヨメータ又は限界値発信器６９にも
接続されている。出力端子（Ｅ点）は、一方では
スイツチ５１に、他方では増幅器６５の入力端子
に導かれている。増幅器６５は限界値表示器とし
てのツエナーダイオードを備えている。増幅器６
５の出力端子はナンド回路６８の一方の入力端子
に接続され、ナンド回路６８の他方の入力端子に
は出力信号ａが加わる。ナンド回路６８の出力信
号ｄはスイツチ５１，５２及びスイツチ３４を制
御する（第３図参照）。信号i₂ ^*″は２つの逆直列
のツエナーダイオードを有する増幅器６３にも加
えられる。増幅器６３の出力側には、帰還回路に
可変抵抗を有する増幅器６４が接続されている。
増幅器６４の出力信号又は信号i₂ ^*″はスイツチ
５２を介して目標値i₂ ^*として取り出される。信
号i₁ ^*″は増幅器６６の入力端子に加えられる。
この入力端子にはスイツチ５１も前置されてい
る。出力端子から目標値i₁ ^*が取り出される。こ
の目標値i₁ ^*は次段の増幅器６７にも導かれる。
増幅器６７はその帰還回路にコンデンサを備えて
いる。増幅器６７の出力端子はダイオードを介し
て増幅器６６の一方の入力端子に帰還接続され、
それにより、i₁ ^*の最小値即ちｉ^＊ _１ｎｉｏを下まわる
ことのないようにしている。

所定の最小回転数n1以下では、即ち通常運転
の場合は、限界値表示器３１の出力信号ａはＬ信
号である。従つてナンド回路６８の出力端子には
出力信号ｄとしてＨ信号が現われる。この出力信
号によつて操作されるスイツチ５１及び５２は第
４図に示されている第１の切換位置にある。それ
により、磁化電流目標値i₁ ^*は信号i₁ ^*″に等し
く、同様に有効電流目標値i₂ ^*は信号i₂ ^*″＝Ｍ^*
に等しい。

回転数が予め与えられた最小回転数n1以上に
あると、新しい制御方法が有効になる。その場
合、出力信号ａはＨ信号である。増幅器６２及び
６５間の点Ｅには、｜i₂ ^*｜−ｉ^＊ _２ｎｉｏという値に
相当するアナログ信号が生ずる。この最小値ｉ
^＊ _２ｎｉｏは増幅器６２のポテンシヨメータ６９で調整
される。今｜i₂ ^*｜≧ｉ^＊ _２ｎｉｏであれば、点Ｅの電
圧値は正である。従つて増幅器６５の出力端子に
はＬ信号が生じる。それによつて両スイツチ５１
及び５２は第４図に示されている切換位置を維持
し、しかも第２図に相応して、｜i₂｜≧ｉ_2nioに
対する軌跡は第１図の軌跡Ｌに一致する。

これに対して部分負荷、｜i₂ ^*｜≦ｉ^＊ _２ｎｉｏなら
ば、点Ｅの電圧値は負である。従つて増幅器６５
の出力端子にはＨ信号が生じる。それによつてナ
ンド回路６８の出力端子はＬ信号に反転し、両ス
イツチ５１，５２は図示していない他の切換位置
に跳躍的に切換わる。その場合、今や閉じられて
いる第１の切換スイツチ５１は、既に述べたよう
に、磁化電流目標値i₁ ^*を出力する増幅器６６の
入力端子に接続されている。磁化電流目標値i₁ ^*
は同時に増幅器６７に導かれる。この増幅器６７
の出力端子から増幅器６６の入力端子への帰還回
路は制御制限部を形成する。即ちこの帰還回路
は、磁化電流目標値i₁ ^*が最小目標値ｉ^＊ _１ｎｉｏ以下
に減少しないように作用する。その場合、最小目
標値ｉ^＊ _１ｎｉｏは２つの抵抗から成る分圧器を介して
増幅器６７の正入力端子に与えられる。従つて、
点Ｅの電圧値即ち｜i₂ ^*｜−ｉ^＊ _２ｎｉｏは、スイツチ
５１を介して増幅器６６の加算部に導かれる。そ
れにより、信号｜i₂ ^*″｜が小さくなつたときの
磁化電流目標値i₁ ^*は同様に小さくなる。同時に
一定の最小値ｉ^＊ _２ｎｉｏは増幅器６４を介して与えら
れる。その場合、符号は（限界値表示器として接
続された）増幅器６３を介して与えられる。

第５図には非同期機の制御方法の他の実施形態
が示されている。第２図の制御方法に対して、こ
こでは動作点Ａ，ＣないしＤ，Ｆ間の磁化電流i₁
及び有効電流i₂の与え方が変わつている。図示の
内容は所属の目標値に対応してあてはまる。

第５図において、固定子電流ベクトルは、原点
Ｏを通る直線i₂＝Ｋ・i₁に対応する動作点Ａ及び
B′間の特性線上を推移する。それに応じてベクト
ルは、負荷点E′及びＦ間の発電機運転において
も破線で示した直線、即ち原点Ｏを通る直線i₂＝
−Ｋ・i₁に同様に対応する直線上を推移する。そ
の場合、両負荷点B′及びE′は、予め与えられた
最小有効電流ｉ_2nioを下まわらないように選定さ
れる。

第５図による制御方法を実施するための装置が
第６図に示されている。第３図のものに一致する
構成部分は同一符号で示されている。

第６図において、本質的な点で第３図の関数回
路２５とは異なる関数回路７５が設けられてい
る。この関数回路７５にも同じように加算回路３
３の出力信号i₁ ^*″、回転数調節器２７の出力信
号i₂ ^*″＝Ｍ^*、及び限界値表示器３１の出力信
号ａが導入される。そしてその出力端子には同様
に磁化電流目標値i₁ ^*及び有効電流目標値i₂ ^*が
生ずる。

関数回路７５は、ポテンシヨメータとして図示
された調整機構８２を有する最小値リミツタ８１
を付属させた乗算回路８０、第３のスイツチ８
３、ポテンシヨメータとして図示されている一定
値発信器８４、整流器８５、関数発生器８６、及
び第４のスイツチ８７を含んでいる。

乗算回路８０の第１の入力端子には出力信号
i₁ ^*″が導かれ、第２の入力端子は第３のスイツ
チ８３（切換スイツチ）の可動接点に接続されて
いる。第３のスイツチ８３及び第４のスイツチ８
７（切換スイツチ）は出力信号ａによつて制御さ
れる。図示の第１の切換位置において第３のスイ
ツチ８３は乗算回路８０の第２の入力端子を一定
値発信器８４に接続している。この場合乗算係数
は１である。第２の切換位置で第２の入力端子は
第３のスイツチ８３及び整流器８５を介して回転
数調節器２７の出力端子と接続される。最小値リ
ミツタ８１は、乗算回路８０の出力信号が可調整
の最小値ｉ^＊ _１ｎｉｏよりも小さくならないようにする
のに役立つ。

第４のスイツチ８７は図示の第１の切換位置に
おいて関数回路７５の有効電流目標値出力端子を
回転数調節器２７の出力端子に接続している。第
２の切換位置では関数発生器８６が有効になる。
この関数発生器８６はその特性上、第３図におけ
る第２の関数発生器５４に対応している。その特
性は図のブロツク内に示されている。ここから明
らかなように、特性線が再びステツプ状の経過を
たどつていることである。その場合、所定の正及
び負の限界値外では直線的な関数関係を示してい
る。

通常運転、回転数ｎが所定の最小回転数n1を
下まわるような場合、両スイツチ８３及び８７は
第６図に示されている第１の切換位置にある。こ
の場合、信号i₂ ^*″は有効電流目標値i₂ ^*として、
又信号i₁ ^*″は磁化電流目標値i₁ ^*としてそれぞれ
ベクトル解析器２３ａに直接導かれる。

最小回転数n1を上まわると、本発明の制御方
法によれば、両スイツチ８３及び８７は図示の状
態とは異なる第２の切換位置に切換えられる。そ
れにより有効電流目標値i₂ ^*は、関数発生器８６
によつて制限されて、予め与えられた最小有効電
流目標値ｉ^＊ _２ｎｉｏを下まわることはない。更に信号
i₁ ^*″は信号i₂ ^*″＝Ｍ^*と乗算され、それによつ
て部分負荷の際の磁化電流目標値i₁ ^*も、第５図
の動作点Ａ及びB′ないしＦ及びE′間の低下する
部分に対応するように低減される。最小値リミツ
タ８１により、上記減少制御の際、調整された最
小値ｉ^＊ _１ｎｉｏを下まわることはない。このことは第
５図の動作点Ｃ及びＤ間の垂直特性線に対応す
る。動作点Ｃから動作点Ｄへの移行又はその逆の
移行は、出力信号i₂ ^*″の符号変化の際に行なわ
れる。

第７図には関数回路７５の一実施例が示されて
いる。この関数回路７５は主として演算増幅器か
ら構成されている。同じ機能を有する構成要素に
対しては第６図のものと同一の符号が用いられて
いる。個々には、５個の増幅器９１〜９５と４個
のナンド回路９６〜９９が用いられている。スイ
ツチ８７は２つの部分スイツチ８７ａ，８７ｂを
含んでいる。

第７図の実施例において、通常運転の場合の出
力信号ａはＬ信号である。ナンド回路９６及び９
７の出力端子にはＨ信号が現われ、スイツチ８３
並びに８７ａ，８７ｂは図示の第１の切換位置に
ある。それにより出力信号i₁ ^*″は磁化電流目標
値i₁ ^*として、又出力信号i₂ ^*″は有効電流目標値
i₂ ^*として導かれる。最小回転数n1を上まわると
出力信号ａはＨ信号に急変する。それによつて第
３のスイツチ８３は他の第２の切換位置に切換わ
り、乗算回路８０内において、出力信号i₁ ^*″は
増幅器９１及び２つのダイオードから成る整流器
８５を介して得られる出力信号i₂ ^*″と乗算され
る。その場合、調整機構８２、ここではダイオー
ドを介して増幅器９１の出力端子に接続されたポ
テンシヨメータ、によつて最小値ｉ^＊ _１ｎｉｏが与えら
れる。

出力信号i₂ ^*″の符号は、帰還回路にツエナー
ダイオードを有し限界値表示器として構成された
増幅器９２によつて検出される。その符号に応じ
て、ナンド回路９６〜９９を介して両部分スイツ
チの一方８７ａ又は８７ｂが投入される。それに
より最小値｜ｉ^＊ _２ｎｉｏ｜を下まわることのないよう
に保証される。そのため、増幅器９３，９５の組
合わせ又は増幅器９４，９５の組合わせが用いら
れる。両組合わせ共制御リミツタとして構成され
る。その場合、増幅器９４は負の有効電流目標値
i₂ ^*の際のリミツタのために、増幅器９３は正の
有効電流目標値i₂ ^*の際のリミツタとして用いら
れる。

なお付言するならば、固定子電流ｉ_sのベクト
ルの負荷に応じた供給は、第２図及び第５図に示
したものとは異なるやり方によつても達成でき
る。例えば、ベクトルを第５図において動作点Ａ
及びB′間の直線の左側にある特性線上を動かすよ
うに行なうことができる。その場合、第６図及び
第７図の演算回路はそれに応じて接続されなけれ
ばならない。

【図面の簡単な説明】

第１図は公知の制御方法の作用を説明するため
のベクトル図、第２図は本発明による制御方法の
第１の実施態様を説明するためのベクトル図、第
３図は第２図による制御方法を実施するための装
置の接続図、第４図は第３図の装置において使用
される関数発生器の一例の接続図、第５図は本発
明による制御方法の第２の実施態様を説明するた
めのベクトル図、第６図は第５図による制御方法
を実施するための装置の接続図、第７図は第６図
の装置において使用される関数発生器の一例の接
続図である。２……非同期機、７……自励式変換器、８……
他励式変換器、９……直流中間回路、２３……制
御及び調整回路、２４……磁界調節器、２７……
回転数調節器、５３，５４……関数発生器、Ｉ_d
……中間回路電流、i₁ ^*……磁化電流目標値、
i₂ ^*……有効電流目標値、Ｍ^*……トルク目標
値、ｉ^＊ _２ｎｉｏ……最小有効電流目標値。

Claims

【特許請求の範囲】１交流電源系統より非同期機に給電するため自
励式変換器、平滑中間回路電流を有する中間回
路、及び他励式変換器から成る周波数変換器を備
え、前記自励式変換器は転流の際負荷電流に応じ
て再充電される転流コンデンサを有し、前記自励
式変換器及び他励式変換器に磁界オリエンテーシ
ヨンの原理によつて動作する制御及び調整回路が
設けられ、この制御及び調整回路によつて非同期
機の磁化電流目標値及び有効電流目標値を互いに
別々に調整し得るようにした非同期機の制御方法
において、少なくとも前記自励式変換器の確実な
転流のために必要な最小有効電流の存在する予め
与えられたトルク・負荷点から非同期機のトルク
が減少するとき、少なくとも最小有効電流目標値
を保持し、同時に磁化電流目標値を減少させるこ
とを特徴とする非同期機の制御方法。２特許請求の範囲第１項記載の方法において、
トルクの符号を切換え、最小有効電流の存在する
予め与えられたトルク・負荷点からまず最小有効
電流目標値をそのままに保持して磁化電流目標値
を最小磁化電流目標値まで減少させ、そこでこの
最小磁化電流目標値を保持して最小有効電流目標
値の符号を変え、続いてこの符号変換した最小有
効電流目標値を保持して磁化電流目標値を再び別
のトルク・負荷点にまで増大させることを特徴と
する非同期機の制御方法。３特許請求の範囲第１項又は第２項記載の方法
において、非同期機が予め与えられた回転数を超
えたときのみ制御を行うことを特徴とする非同期
機の制御方法。４特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
かに記載の方法において、非同期のトルクが減少
したとき、まずトルク・定格負荷点から、磁化電
流目標値を保持したまま、有効電流目標値を予め
与えられたトルク・負荷点が得られるまで減少さ
せることを特徴とする非同期機の制御方法。５特許請求の範囲第１項ないし第３項のいずれ
かに記載の方法において、非同期機のトルクが減
少したとき、まずトルク・定格負荷点から、i₁ ^*
を磁化電流目標値、i₂ ^*を有効電流目標値、Ｋを
定数として、磁化電流目標値を関数i₂ ^*＝Ｋ・
i₁ ^*に従つて有効電流目標値の減少に比例して、
予め与えられたトルク・負荷点が得られるまで減
少させることを特徴とする非同期機の制御方法。６特許請求の範囲第１項ないし第５項のいずれ
かに記載の方法において、可調整のパルス・パル
ス休止比により正及び負の最小有効電流間で切換
制御することを特徴とする非同期機の制御方法。