JPS6359788A

JPS6359788A - 誘導機の制御装置

Info

Publication number: JPS6359788A
Application number: JP61201454A
Authority: JP
Inventors: Hisaya Sasamoto; 笹本　久弥; Toshiaki Okuyama; 俊昭奥山
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 1986-08-29
Filing date: 1986-08-29
Publication date: 1988-03-15

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、さらに低すべり領域においては、逆変
換器の点弧遅れ角が６×０°の運転を行うことから無効
電力が大きく、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
速度領域は、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
置が用いられている。このため省スペース、省保守性に
反している。

ｔｔ−Ｅ、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６０−２２６７
９４等が挙げられる。

〔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、さらに前記ダイオー
ドとコンデンサの直列回路に、直列に抵抗を接続し、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、抵抗器を誘導機の二次側に接続する。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短絡し
、二次チョッパを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、抵抗器短絡の際に
おいても、電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。したがって誘導機始動から
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は工ＭＩの二次電圧を直流に変換する順変換器、３及
び６はトランジスタ、４は逆流阻止用ダイオード、５は
コンデンサである。

３及び６は自己消弧型素子であり、トランジスタ、ＧＴ
○（ｇａｔｅ　ｔｕｒｎ　ｏｆｆ　ｔｔ＋ｙｒｉｓｔｏ
ｒ）などのいずれでも良い。７は環流ダイオード、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
はダイオード４とコンデンサ５の直列回路に直列に接続
した抵抗器であり、本実施例においては、ダイオード４
とトランジスタ３の接続点の間に入れたが、ダイオード
４とトランジスタ６の接続点の間に入れても、同様の効
果が得られる。

２７は、電動機始動後に、抵抗器両端を短絡するための
回路短絡開閉要素であり、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−、リレー等で構成される
。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）は開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ｉ−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。

１′６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、２０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ｉｓ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Ｉ　Ｍ　１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。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ＩＭｌ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
変化するような負荷に対しては、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、すベ
リに比　、例する二次電圧の積であり、すべりが１７３
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、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（Ｉ　Ｍ　１の定
格二次電流と比例）の約１７６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１７６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の
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、回転速度が零（すへり＝１）
におけるトルク（二次電流）は定格の約１／６に制限で
きる。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は、二次人力Ｐ２０　（同期ワッ
ト）に比例する。二次人力Ｐ２０は、すべり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）Ｐ、　＝ｓ　Ｐ２Ｏ＝・（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。

Ｐ２　＝−Ｔ　　　　　　　　　　　　　　・・・（３
）ここに、ｗＳ：すべり角周波数、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
、二次チョッパ３とダイオード４の間に抵抗器２６が接
続されていることから、そこで消費される部分に分れる
が、いま、抵抗器２６において消費される電力ＲＩ’ｄ
２を、Ｐ２　から、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。

Ｒ工′ｄ２＝Ｐ、−Ｐｒ　　　　　　　　　・・・（４
）ここに、Ｒ：抵抗値、Ｉｄ’：抵抗器を流れる電流（
実効値）これより、抵抗値Ｒは、Ｉ’ｄ２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）式の値の最大値に設定する。

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制御
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ｉ　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、始動時（すベリ＝１）など低速回転域に
おいて十分なｊ〜シルク得られるが、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短絡する必要がある。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
において投入される。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、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
１の巻線を巻線形誘導機の一次巻線、第２の巻線を二次
巻線として使用し、この第２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、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・・・誘導機、２・・・順変換器、３・・・二次チョ
ッパ、５・・・平滑用コンデンサ、６・・回生チョッパ
、８・・逆変換器、９・・・変圧器、２６・・・抵抗器
、２７・・・開閉要素。

Claims

【特許請求の範囲】

１、二次励磁可能な誘導機と、該誘導機の二次電圧を直
流に変換する順変換器、該順変換器に該電流調整用の自
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、前記ダイオードとコンデンサとの直列
回路に、直列に抵抗を接続し、さらに該抵抗と並列に、
回路短縮のための開閉要素を接続したことを特徴とする
誘導機の制御装置。