JPS631398A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

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】 〔発明の目的〕 （産業上の利用分野） 本発明は交流電動機の制ｍ＋装置に係り、特に交流電動
機を可変速運転する時に，交流電動深の入力電圧（一次
電圧）と入力電流（一次電流）との位相関係を検出して
インバータ回路の電力変換素子の転・流制御を行なう交
流電動機の制ｍ￥ｆｔ置に関するものである。

（従来の技術） 近年、交流電動機を可変速駆動するための制御装置とし
ては、インバータ回路の電力変換素子に自己消弧形電力
変換素子を用いたものが提案されてきている。第５図は
、この種の交流電動別の制御装置の回路構成例を示した
ものである。

第５図において、１１は交流Ｔｉ源の入力端子、１２は
交流を直流に変換する整流器、１３はこの整流器１２か
らの出力を平滑する直流リアクトル、１４はこの直流リ
アクトル１３で平滑された直流を交流に変換して．負荷
である誘導’ＲＤＲ等の交流電勤１ｆｆ１５を駆動する
インバータ回路、１６はこのインバータ回路１４の出力
端子に接続ざれたコンデンサ等の容量性負荷、１７は速
度基準を設定するための速度基準設定器、１８は制御回
路、１４１は上記インバータ回路１４を構成するゲート
ターンオフサイリスタ等の自己消弧形電力変換素子、１
４２はこの自己消弧形電力変換素子１４１と直列に設け
られ，インバータ回路１４を構成するサイリスタ等の自
然転流形電力変換累子を夫々示している。

かかる交流電動瀕の制即装置の動作を要約すると次のよ
うになる。すなわら、交流電源の入力端子１１より供給
される交流電力を整流器１２で直流電力に変換し、これ
を直流リアクトル１３で平滑し、さらにこれをインバー
タ回路１４で再び交流電力に変換して、この交流電力を
交流電Ｄ＾１５および容恐性負荷１６へ供給するもので
ある。

そして、このようにして交流電ｉ７１１１５を可変速駆
動する時のインバータ回路１４の出力電流Ｉ１と，交流
ｒｉ肋機１５の入力電流（一次電流）ＩＭと，容出性負
荷１６の入力電流１ｃとの関係をベクトル図で示すと第
６図のようになる。第６図において、容凸性負荷１６の
入力電流■。は次式のような関係となる。

Ｉｏｃｔ−（インバータ回路１４の出力周波数）２従っ
て、インバータ回路１４の出力周波数が低い運転領域で
は、インバータ回路１４の出力電流Ｉ，は遅れ位相とな
り、インバータ回路１４を構成する自己消弧形電力変換
素子１４工で強制転流を行なう。一方、インバータ回路
１４の出力周波数が高い運転領域では、インバータ回路
１４の出力電流１１は進み位相となり、インバータ回路
１４を構成する自然転流形電力変換累子１４２で自然転
流を行なうことができる。

しかしながら、上述したような交流電動機の制Ｉ１ｌ装
置においては次のような問題がある。すなわち、舶述の
ように容旦性負荷１６の入力電流■。

が，インバータ回路１４の出力周波数の二乗に比例して
変化することから、インバータ回路１４の出力周波数の
中間領域では、大きな負荷が交流電動機１５に加わると
．インバータ回路１４の出力電流Ｉ１は第６図のベクト
ル関係から明らかなように遅れ位相となるため、自己消
弧形電力変換素子１４】の電圧定格を大きくするか，ま
たは容山性負荷１６の容世を増加させる必要がある。つ
まり、交流電動機１５の入力電流（一次電流）ＩＭを，
インバータ回路１４の出力周波数の減少と共に減少させ
ることが必要であり、交流電妨ｔ１１５を広い可変周波
数範囲で運転することができなかった。

一方、インバータ回路１４の出力周波数が高い運転領域
では、自然転流形電力変換累子１４２を自然転流させる
ためには、商用周波数ベースで約３０゛位に第６図のベ
クトル口で進み位相角θ２とする必要があり、インバー
タ回路１４の出力周波数が高くなるとこれと共に進み位
相角θ２が増加し、結果的にインバータ回路１４の出力
力率が低下して．インバータ回路１４の出力容旦が交流
電ｉｉ１１ｆｉｌ５の入力容量に比較して非常に増加す
ることになる。

（発明が解決しようとする問題点） 以上のように、従来の交流電動目の制御装置においては
、交流電動様の運転を広い可変周波数範囲で行なうこと
ができないばかりでなく、インバータ回路の出力力率が
低下してその出力容ωが非常に増加するという問題があ
った。

そこで本発明では、インバータ回路の出力力率を向上さ
せてその出力容伍を低減すると共に、交流電動別の運転
を広い可変周波数範囲で行なうことが可能な小形で経済
的に有利な信頼性の高い交流電ｔｌｌ機の制１０装置を
提供することを目的とするものである。

［発明の構成コ （問題点を解決するための手段） 上記の目的を達成するために本発明では、交流を直流に
変換する整流器と、この整流器からの出力を平滑する直
流リアクトルと、この直流リアクトルで平滑された直流
を交流に変換して交流電動改を駆動するインバータ回路
とから構成される交流電動別の制御装冒において、上記
インバータ回路を構成するアームを，自己消弧形電力変
換素子と自然転流形電力変換累子との直列回路で構成す
ると共に、上記インバータ回路の出力端子に容母性負荷
を接続し、上記インパータ回路を強制転流で制御する第
１の制■手段と、上記インバータ回路を自然転流で制御
する第２の制御手段と、上記インバータ回路の出力電圧
位相を検出する電圧位相検出手段と、上記インバータ回
路の運転領域の少なくとも一部の領域で．上記電圧位相
検出手段にて検出される出力電圧位相を所定位相角値と
比較し．かつこの比較結果に基づいて上記強制転流を行
なうか或いは上記自然転流を行なうかを判別する判別手
段とを偏えるようにしたことを特徴とする。

《作用） 上述の交流電動別の制御装置においては、インバータ回
路の出力電圧位相を検出する電圧位祖検出手段を設けて
いることから、インバータ回路の出力電流Ｉ１が前述し
た進み位相θ２となるタイミングで自己消弧形電力変換
素子を強制転流させると、交流電動機の入力電圧（一次
電圧〉の線間電圧を実効値でＥＭとすれば，自己消弧形
電力変換素子には　Ｆ］一ＥＭｓ＊ｎθ２　の逆電圧が
印加される。従って、この逆電圧　．ｒｌ　Ｅ　Ｍｓｉ
ｎθ２　が自己消弧形電力変換素子の定格電圧よりも低
い値となるまで、電圧位相検出手段にてインバータ回路
の出力電圧位相を検出しながら，自己消弧形電力変換素
子で強制転流するようにインバータ回路を制御すること
により、インバータ回路を強制転流によって信頼性高く
運転することができる。この結果、容量性負荷の容伍を
増加させる必要がなく、交流電動機を広い範囲で可変速
運転しても，インバータ回路の出力容量が増加するのを
防止することができることになる。

（実施例） 本発明は、インバータ回路の出力電圧位相を検出する電
圧位相検出手醗を設けて、これからの検出信号に基づい
てインバータ回路の自己消弧形電力変換素子を消弧させ
るタイミングを制御することにより、インバータ回路を
構成する自己消弧形電力変換素子が自然転流形電力変換
累子より電圧定格が低くても、インバータ回路の出力周
波数範囲が比較的高い運転領域まで，自己消弧形電力変
換素子にて強制転流させることができるようにしたもの
である。

以下、上述のような考え方に基づいた本発明の一実施例
について図面を参照して説明する。

第１図は、本発明による交流電！ｌＩ別の制′ｎ装置の
回路｛角成例を示すものであり、第５図と同一部分には
同一符号を付してその説明を省略し、ここでは異なる部
分についてのみ述べる。すなわち第１図は、第５図に加
えて前記インバータ回路１４の出力電圧位相を検出する
電圧位相検出器１９を設けて、これからの電圧位相検出
信号を制御回路１８に導入し、この電圧位相倹出信号に
基づいて強制転流或いは自然転流を行なうように欄成し
たものである。

かかる如く構成した交流電Ｕ機の制罪装買において、交
流電源の入力端子１１より供袷される交流電力は整流器
１２で直流電力に変換ざれ、これを直流リアクトル１３
で平滑し、さらにインバータ回路１４で速度基準設定器
１７からの速度基準設定値に基づいて，可変電圧・可変
周波数の交流電力に変換され、これよりこの交流電力は
交流電動機１５および容】性負荷１６へ夫々供給される
。

また、上記インバータ回路１４の出力電圧位相が電圧位
相検出器１９によって検出され、これからの電圧位・相
検出信号が制御回路１８に導入ざれ、この電圧位相検出
信号に基づいて制御回路１８により強制転流或いは自然
転流のυ１６１１が行なわれる。

次に、その制御内容について具体的に）ホベる。

第２図において、（ａ）はインバータ回路１４の出力電
圧位相を示すもので、ｅｕ，ｅｖ，ｅｗは各相の電圧波
形を夫々示している。また、同じく（ｂ）はインバータ
回路１４を構成する３居ブリッジ回路の各アームの電力
変換素子（１４１と１４２）の導通位相を示すもので、
各アームとも１２０゛ずつ導通する。さらに、同じく（
ｃ）は電力変換素子Ｕｐに印加される電圧波形を示した
ものである。すなわち第２図において、相電圧ｅｕに対
して電力変換素子Ｕｐが位相角θ２だけ進んだ位相で導
通する時、前述したように交流電動曙１５の入力電圧（
一次電圧）の線間電圧実効値をＥＭとすれば．１！力変
換素子ＵｐにはＦフＥ　Ｍ　Ｓ　ｉ　ｎθ２　の逆電圧
が印加される。従って、第３図に電圧位相検出器１９と
制御回路１８の構成の一部を示すように、この逆電圧ｆ
ｌＥＭｓ＋ｎθ２　が所定値以内か否かを判別して、自
己消弧形電力変換素子１４１により強制転流を行なうか
，自然転流形電力変換累子１４２により自然転流を行な
うかを判別して制御が行なわれる。すなわち第３図にお
いて、電圧位相検出器１９によって前述の０２を検出し
、位相角判別器１８１により所定位相角値θ２　１ａＸ
との大小関係が判別される。また、制御回路１８内の電
圧検出回路１８２によってインバータ回路１４の出力電
圧の大きさを検出し，この検出電圧が電圧判別１８３に
て所定電圧実効１！　Ｅ　Ｍ　ｔと比較される。

そして以上の比較判別の結果、電圧位相検出器１つから
の検出位相が所定位相角埴θ２　１０ａＸよりも小さく
，かつ電圧検出回路１８２からの検出電圧が所定電圧実
効値ＥＭＩよりも小さい場合には，信号結合器（ＡＮＤ
＞１８４によって強制転流の制御が選択ざれる。また上
記以外の場合には、信号結合器（ＯＲ）１８ｓによって
自然転流の制御が選択されることになる。

上述したように本実施例では、インバータ回路１４の出
力電圧位相を検出する電圧位相検出器１９を設け、自己
消弧形電力変換素子１４ｌにて強制転流を行なう領域で
自己消弧形電力変換素子１４！に印加される電圧が所定
値以下か否かを判別しながら制御するようにしているの
で、自己消弧形電力変換素子１４ｔにて強制転流を行な
う領域を、インバータ回路１４の中高速出力周波数領域
等の高い出力周波数領域にまで拡大することができる。

このようにして、自己消弧形電力変換素子１４ｌを強制
転流させる出力周波数領域が拡大される結果、容量性負
荷１６の容量を増加させる必要性が減少し、インバータ
回路１４は＾い出力周波数領域においても出力容量の低
下を生ずることが無くなる。すなわち、以下のような作
用効果が得られるものである。

（ａ）インバータ回路１４の出力側に接続される容量性
負荷１６の進相容ｍを増加させることなく、広い可変周
波数範囲で交流電動機１５の運転を行なうことができる
。

（ｂ）容量性負荷１６の進相容面を減少させることがで
きる結果、インパータ回路１４の最高周波数運転領域で
の運転効率が向上し、インバータ回路１４の出力容ａを
低減することができる。

（Ｃ）インバータ回路１４の強制転流と自然転流が切換
られる近傍では．強制転流される自己消弧形電力変換素
子１４１の印加電圧も監視，制御されることから、転流
システムの信頼性を向上させることができる。

尚、本発明は上述した実施例に限定されるものではなく
、次のようにしても実施することができるものである。

（ａ）例えば第４図にインバータ回路１４の１アーム分
の回路構成例を示すように、自己消弧形電力変換素子１
４１と自然転流形電力変換累子１４２が複数個直列に接
続され、自己消弧形電力変換素子１４１の逆耐圧がほと
んど零のためダイオード１４３が接続されている場合等
では、前述した　（”２　Ｅ　Ｍ　Ｓ　ｉ　ｎθ２　を
自己消弧形電力変換素子１４１の逆電圧定格以内に選択
することができないが、このような場合においてもｆｌ
Ｅｖｓ；ｎθ２　を所定値以内にするとか．または位相
角θ２の進み時間を電流重なりＩＩｌ１間との関係で所
定時間以内にするとかの判別を行なうことによって、自
己消弧形電力変換素子１４！の強制転流を行なう領域を
拡大できることが明らかである。すなわち本発明では、
強制転流を行なう領域の逆電圧の大きさのみを限定する
ものではない。

（ｂ）本発明では、電圧位相検出器１９がらの検出信号
を利用して強制転流を行なうか，自然転流を行なうかを
判別する手段を、インバータ回路１４の全出力周波数範
囲にわたって行なうことを限定するものではなく、イン
バータ回路１４の中高速出力周波数領域の一部において
のみ，上述の判別手段を適用するようにしてもよいもの
である。

その他、本発明はその要旨を変更しない範囲で、種々に
変形して実施することができるものである。

［発明の効果］ 以上説明したように本発明によれば、インバータ回路の
出力力率を向上させてその出力容量を低減すると共に、
交流Ｎｅｔ！３の運転を広い可変周波数範囲で行なうこ
とが可能な小形で経済的に有利な極めて信頼性の高い交
流電動機の制′ｇＩＪ装置が提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明による交流電動芸の制ｉｌｌ装置の一実
施例を示す回路構成図、第２図は同実施例における作用
を説明するための波形図、第３図は同実施例における電
圧位相検出器および制御回路の機能を説明するための波
形図、第４図は本発明の他の実施例を示す回路構成図、
第５図は従来の交流電動ほの制御装置を示す回路構成図
、第６図は第５図における交流電動機可変速駆動時のイ
ンバータ回路の出力電流Ｉｔ．交流電勤滋の入力電流（
一次電流）！，．＋，容量性負荷の入力電流ＩＣの関係
を示すベクトル図である。 １１・・・交流電源の入力端子、１２・・・整流器、１
３・・・直流リアクトル、１４・・・インバータ回路、
１５・・・交流電ａ機、１６・・・容良性負荷、１７・
・・速度基準設定器、１８・・・制御回路、１９・・・
電圧位相検出器、１４１・・・自己消弧形電力変換素子
、１４２・・・自然転流形電力変換累子、１４３・・・
ダイオード、１８１・・・位相角判別器、１８２・・・
電圧検出回路、１８３・・・電圧判別器、１８４，１８
５・・・信号結合器、Ｉ１・・・インバータ回路の出力
電流、ＩＭ・・・交流電動機の入力電流（一次電流）、
Ｉｃ・・・容ａ性負荷の入力電流。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流を直流に変換する整流器と、この整流器からの出力
   を平滑する直流リアクトルと、この直流リアクトルで平
   滑された直流を交流に変換して交流電動機を駆動するイ
   ンバータ回路とから構成される交流電動機の制御装置に
   おいて、前記インバータ回路を構成するアームを、自己
   消弧形電力変換素子と自然転流形電力変換累子との直列
   回路で構成すると共に、前記インバータ回路の出力端子
   に容量性負荷を接続し、前記インバータ回路を強制転流
   で制御する第１の制御手段と、前記インバータ回路を自
   然転流で制御する第２の制御手段と、前記インバータ回
   路の出力電圧位相を検出する電圧位相検出手段と、前記
   インバータ回路の運転領域の少なくとも一部の領域で、
   前記電圧位相検出手段にて検出される出力電圧位相を所
   定位相角値と比較し、かつこの比較結果に基づいて前記
   強制転流を行なうか或いは前記自然転流を行なうかを判
   別する判別手段とを備えるようにしたことを特徴とする
   交流電動機の制御装置。