JPS6356196A - 誘導機の制御装置 - 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】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、二次励磁制御可能な誘導機の制御装置に係り
、特に始動トルクの要求される機械の可変速制御に好適
な制御装置に関する。

〔従来の技術〕

従来からポンプやファンの可変速駆動用としてセルビウ
ス装置が用いられている。これは巻線形誘導機の二次巻
線に順変換器（交流−直流変換器）を接続し、更に直流
リアクトル、及び逆変換器（直流−交流変換器）を介し
て、二次電力を交流電源に回生ずる装置である。この装
置は速度制御範囲の大きさに比例して逆変換器の容量が
増え、さらに低すベリ領域においては、逆変換器の点弧
遅れ角が、α；０°の運転を行うことから無効電流が大
きく、システム全体の力率も低下するという欠点があっ
た。このため、通常この種装置は可変速範囲を、６０〜
１００％程度にとる。そして、０〜６０％の速度範囲は
、二次巻線に始動抵抗器を接続し、運転するが、トルク
の不連続が起らないように、その抵抗値は連続可変のも
のが使われ、通常は水抵抗器等の大がかりな装置が使わ
れている。そのため省スペース、省保守性に反している
。

なお、この種の装置として関連するものには、例えば特
開昭６０−１５６２９７、特開昭６０−２２６７９４号
が挙げられる。

〔発明が解決しようとする問題点〕

本発明の目的は、前記した従来技術の欠点を解消し、速
度制御範囲が０〜１００％において、逆変換器容量ミニ
マム、高力率であり、また十分な始動トルクが得られ、
さらに始動から定格速度までトルクを連続制御でき、円
滑な速度制御が行える二次励磁制御装置を提供すること
にある。

〔問題点を解決するための手段〕

上記目的は、二次励磁可能な誘導機と、該誘導機の二次
側に順変換器を接続し、その出力側に、二次チョッパを
接続し、該二次チョッパと並列にダイオードとコンデン
サの直列回路を備え、かつ誘導機の二次電力を交流電源
に回生ずるための逆変換器を備え、さらに順変換器と二
次チョッパの間に、並列に、所定速度以下の低速領域に
おいては、抵抗を接続し、前記順変換器の出力電流が。

指令値となるよう、二次チョッパをオン、オフ制御する
ことにより達成される。

〔作用〕

始動の際には、抵抗器を二次チョッパと並列に接続する
。そして順変換器の出力電流を検出し、二次チョッパを
オン、オフ制御して速度調節器からの電流指令値と比例
するように該電流を制御する。電動機の回転速度が所定
値以上となり、始動終了後は、前記抵抗器を開閉要素に
より切り離し、二次チョッパはそのまま連続して動作さ
せ、二次励磁動作により、該誘導機の可変速制御が行わ
れる。二次チョッパは常に連続して動作するため、抵抗
器切り離しの際においても、１！動機電流が連続となる
ように制御されるので、トルク変動は生じない。したが
って、始動から、定常運転に入るまで、連続してトルク
及び速度が制御される。

〔実施例〕

以下、本発明の一実施例を第１図により説明する。第１
図において１は巻線形誘導電動機（以下ＩＭと称す）、
２はＩＭＩの二次電圧を直流に変換する順変換器、３及
び６は自己消弧型素子であり、トランジスタ、ＧＴ○（
ｇａｔｅ　ｔｕｒｎ　ｏｆｆＴｈｙｒｉｓｔｏｒ）など
のいずれでも良いが、ここではトランジスタとして説明
する。４は逆流阻止用ダイオード、５はコンデンサであ
る。７は還流ダイオード、８はＩＭＩの二次電力を交流
電源に回生ずるためのサイリスタ逆変換器、９は変圧器
である。

本回路においては、トランジスタ３及び６がチョッパ動
作をする。また、２６はトランジスタ３と並列に入れた
抵抗器であり、２７は電動機始動後に、抵抗器を回路よ
り切り離すための回路開閉要素であり、半導体素子で構
成した、半導体スイッチ、或いはコンタクタ−等で構成
される。なお。

該開閉要素２７は、誘導機始動時（回転速度が所定値以
下の時）は、閉路となるように構成される。

以上が主回路構成である。

次に検出部及び制御回路部について説明する。

１０はＩＭＩに直結された速度検出器、１１は速度指令
回路、１２は速度検出器１０の信号と速度指令信号の偏
差を増幅して、電流指令信号ｉｓを出力する速度調節器
である。１３は順変換器２の出力電流を検出するための
電流検出器、１４は速度調節器１２から送られた電流指
令信号と前記電流検出器１３より得られた電流検出信号
を比較し、トランジスタ３のオン、オフ制御信号を出力
するヒステリシス特性付きの比較器、１５はトランジス
タ３のベースにオン、オフ制御信号を供給するための増
幅器である。１６〜２１はコンデンサ５の電圧を一定に
制御するための制御部であり、前述の１１〜１５とほぼ
同一手法である。すなわち１６は電圧指令回路、１７は
電圧検出器、１８は電圧調節器、１９は電流検出器、２
０はヒステリシス特性付き比較器、２１はベースアンプ
である。

２２は逆変換器８を一定点弧位相にて点弧制御する回路
である。

この実施例の基本動作は、以下の通りである。

速度調節器１２の出力信号ｉ串に応じて、トランジスタ
３（ここでは二次チョッパと呼ぶ）をオン。

オフ動作させ、順変換器２の出力電流ｉｄを制御し、こ
れによってＩＭＩの二次電流１２、更にはこれと比例関
係にあるトルクを制御して、速度制御を行う。ところで
二次チョッパがオフ期間中。

直流電流はダイオード４を介してコンデンサ５に充電さ
れる。このとき、ＩＭＩの二次電力は、コンデンサ５に
送られ、略一定電圧の直流に変換される６次に、コンデ
ンサ５の電圧が一定となるように、トランジスタ６（こ
こでは回生チョッパと呼ぶ）をオン、オフ動作させる。

トランジスタ６がオン期間中に流れた電流は、逆変換器
８に達し。

この結果、逆変換器８を介して交流電源にＩＭＩの二次
電力が回生される。

トランジスタ３、ダイオード４、コンデンサ５及びトラ
ンジスタ６で形成される回路は、すベリによって変動す
る二次電圧、つまり順変換器の出力電圧を一定電圧の直
流に変換する作用がある。

当然のことながら、回路損失を無視すれば逆変換器側に
伝達される電力はＩＭＩの二次電力に等しくなる。従っ
て、ポンプやファンのようにトルクが回転数の二乗で変
化する負荷に対しては、逆変換器で扱う電力は、最大で
電動機出力の１／６で良いことになる。これは二次電力
が、回転数の二乗に比例する二次電流と、すべりに比例
する二次電圧の積であり、すべりが１／３のとき最大値
を示し、その値が電動機出力の１／６となるからである
。この二次電力は、前述のようにトランジスタ３及び６
等の作用により、一定電圧の直流に変換されるため１回
生チョッパ及び逆変換器の電流は、最大においても順変
換器２の定格出力電流（ＩＭＩの定格二次電流と比例）
の約１／６となり、逆変換器８及び変圧器９の容量を電
動機容量の約１／６に低減できる。

また、逆変換器８は一定点弧位相にて制御されるため、
力率はすベリに関係なく常に一定の高い値（０，７〜０
．８）に保持される。特に定格速度（すべりがほぼ零）
付近においては、逆変換器８の電流がほぼ零（二次電力
がほぼ零）となることから、逆変換器８からの無効電力
の発生がなく、システム全体として高力率かつ高効率運
転が行える。したがって、逆変換器容量及びシステム力
率は、速度制御範囲とは無関係となるため、速度範囲を
０〜１００％の全領域にとることができる。

然るに前述のようにして、逆変換器容量を電動機容量の
１／６に設定した場合１回転速度が零（すべり＝１）に
おけるトルク（二次電流）は定格の約１／６に制限され
る。ポンプ、ファン等の場合は、普通これで十分である
が、始動時における負荷トルクが大きいような場合にお
いては、これではトルク不足となる。逆変換器の容量を
増加させれば、このトルク不足は解消するが、不経済と
なるため、次に述べるような本発明の方法が採用される
。

一般に誘導機のトルクには二次入力Ｐｘｏ（同期ワット
）に比例する。二次人力Ｐ２０は、すベリＳに応じて、
機械出力Ｍと二次電気出力Ｐ２に分れる。すなわち、 Ｍ　＝　（１−ｓ）　Ｐ２Ｏ−（１） Ｐｚ＝　５−Ｐｒｏ　　　　　　　　　　　　、＝（２
）また、トルクＴと二次電気出力Ｐ２の関係は、次式に
て示される。

ここに、ｗｓ：すベリ角周波数、ｐ：極対数である。す
なわち、トルクＴとすべりの関係に従いＰ２が定まる。

Ｐ２は二次チョッパ３及び逆変換器８等の動作により、
交流電源に回生される部分と、本実施例においては、順
変換器２と二次チョッパ３の間に抵抗器２６が接続され
ることから、そこで消費される部分に分れるが、いま抵
抗器ら逆変換器８の回生可能最大電力Ｐｒを差引いた残
りとなるように定めるとすれば、次式が成立する。

（ｓ−Ｆ！ｄｏ）２ ”Ｐ２−Ｐｒ　　　　　　　　　　　・・・（４）ここ
にＲ：抵抗値、５−Ｅｄｏ二二次チョッパ出方端電圧、
これより、抵抗値は ｚ−Ｐｒ である。なお、抵抗器２６として、固定抵抗値のものを
使用する場合には、Ｒは、該抵抗投入による運転速度範
囲における（５）式の値の最小値に設定する。

このような抵抗値を有する抵抗器２６を前述のように接
続し、二次チョッパ３により、順変換器２の出力電流を
制御すると、逆変換器８の回生電力を上限値以内に抑制
しながら、所要トルクを得ることができる。また、順変
換器２の出力電流ｉｄは、速度調節器１２からの速度偏
差に応じた電流指令信号ｉｓに比例して制御されるため
、回転速度は速度指令値に一致するように速度制御され
る。

上述のように、本発明によれば始動時（すべり＝１）な
ど低速回転域において十分なトルクが得られるが、前記
付加抵抗２６をそのまま接続したままで置くと、該抵抗
においてジュール損を発生し、効率低下の原因となる。

それゆえ適当なところで、該抵抗を切り離す必要がある
。それを行うのが、開閉要素２７であり、所定の回転速
度に達した点において動作する。これ以後、二次電力は
。

全て逆変換器８により交流電源に回生される。

以上のようにして、本実施例においては、逆変換器容量
をミニマムにした上で、大きな始動トルクが得られ、ま
た二次チョッパ３により、順変換器出力電流を常に制御
することから、トルクを連続に制御でき、前記抵抗器が
固定抵抗のものであっても、トルクを所望の値に制御で
き、円滑な速度制御を行うことができる。また、単なる
二次抵抗始動の場合のように、抵抗入切時におけるトル
クのステップ変化は、速度調節器の作用に従い、緩和さ
れる。すなわち、抵抗器の入切りに伴い、電動機電流が
変化すると、トルクが変化し、さらに速度が変動するた
め、速度調節器の出力信号である電流指令信号が変化し
、その結果、電動機電流の変化は、短時間のうちに抑制
され、トルク変動が緩和され、円滑な運転が行える。

なお、電動機は１巻線形誘導機に限らず、二次励磁機能
を有する誘導機ならどれでも良い。例えば、特開昭５９
−１２９５８８のブラシレスかご形誘導機を適用するこ
とも可能である。すなわち、固定子鉄心に巻回された第
一の巻線を巻線形誘導機の一次巻線、第二の巻線を二次
巻線として使用し、この第二の巻線に本発明の制御装置
を接続するのである。この場合、ブラシレスで可変速制
御できるという効果がある。

なお、前記実施例においては、ヒステリシス特性付き比
較器により、電流指令信号と、電流検出器による信号を
比較し、チョッパをオン、オフ制御するものについて説
明したが、電流指令信号と電流検出信号をＰ−Ｉ制御の
電流調節器に加え、その出力信号と、チョッパのオン、
オフ周波数を決定する搬送波信号を比較器に加え、その
出力パルス信号により、チョッパをオン、オフ制御する
ものであっても、同様の制御を行うことができる。

要は、電流指令信号に応じて、電流を制御できるもので
あれば、どのような構成のものでも、所要の動作を行う
ことができる。

〔発明の効果〕

以上のように、本発明によれば、誘導機の始動トルクの
増大が行え、かつ、トルクの連続制御が行えるので、逆
変換器容量を最小としたままで、始動時（すべり＝１）
より最高速度までの全領域において円滑なる速度制御特
性を得ることができる効果がある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明による誘導機の制御装置の一実施例を
示す図である。 １・・・巻線形誘導電動機（ＩＭ）、２・・・順変換器
。 ３・・・トランジスタ、４・・・逆流阻止用ダイオード
、５・・・平滑用コンデンサ、６・・・トランジスタ、
８・・逆変換器、９・・・変圧器、１０・・・速度検出
器、１１・・・速度指令、１２・・・比較器、１３・・
・電流検出器、１４・・・比較器、１５・・・増幅器、
１６・・・電圧指令、１７・・・電圧検出器、２２・・
・点弧制御回路、２６・・・抵抗器、２７・・・回路開
閉要素。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １、二次励磁可能な誘導機と、該誘導機の二次電圧を直
   流に交換する順変換器、該順変換器に、電流調整用の自
   己消弧型素子より成る二次チョッパを接続し、該二次チ
   ョッパと並列に、ダイオードと、コンデンサとの直列回
   路を接続し、かつ、前記誘導機の二次電力を変圧器を介
   して交流電源に回生するための逆変換器を設けて成る制
   御装置において、前記順変換器と、二次チョッパの間に
   、並列に抵抗と開閉要素を直列接続した回路を挿入した
   ことを特徴とする誘導機の制御装置。