JP2777615B2 - 同期電動機の制御装置 - Google Patents
同期電動機の制御装置Info
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- JP2777615B2 JP2777615B2 JP3077374A JP7737491A JP2777615B2 JP 2777615 B2 JP2777615 B2 JP 2777615B2 JP 3077374 A JP3077374 A JP 3077374A JP 7737491 A JP7737491 A JP 7737491A JP 2777615 B2 JP2777615 B2 JP 2777615B2
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】この発明は、周波数変換装置によ
って制御する、同期電動機の制御装置に関するものであ
る。なお、同期電動機には種々のタイプがあるが、この
発明が対象とする同期電動機は回転子の回転角速度セン
サを備えないものであり、構造的にはブラシレス電動機
から回転子位置を検出するセンサを除いたものである。
って制御する、同期電動機の制御装置に関するものであ
る。なお、同期電動機には種々のタイプがあるが、この
発明が対象とする同期電動機は回転子の回転角速度セン
サを備えないものであり、構造的にはブラシレス電動機
から回転子位置を検出するセンサを除いたものである。
【０００２】
【従来の技術】同期電動機においては、なんらかの制御
手段を用いなければ、負荷の変動が大きい場合や変動が
急激である場合には、回転子は同期速度で回転すること
ができず、電動機は同期を脱して停止してしまう。その
ため、通常の同期電動機を使用する環境は、負荷が変動
しない場合に限られていた。そして、負荷が変動して過
負荷が生じやすい場合には誘導電動機が使用されてい
る。また、同期電動機を負荷変動のある環境で使用する
場合には、制御手段を用意する必要がある。制御手段と
しては、回転子の回転角速度を検出して周波数変換装置
を制御して、出力周波数を変化させる方法が採用されて
いる。更に、ブラシレス電動機は、同期周波数と常に同
期した交流電源で駆動される 同期電動機をいう。これ
は、直流機のブラシ及び整流子による機械的整流機構を
位置検出器とサイリスタ（スイッチング素子）に置き換
えたものであり、その制御特性も本質的に直流機の特性
と同じになる。
手段を用いなければ、負荷の変動が大きい場合や変動が
急激である場合には、回転子は同期速度で回転すること
ができず、電動機は同期を脱して停止してしまう。その
ため、通常の同期電動機を使用する環境は、負荷が変動
しない場合に限られていた。そして、負荷が変動して過
負荷が生じやすい場合には誘導電動機が使用されてい
る。また、同期電動機を負荷変動のある環境で使用する
場合には、制御手段を用意する必要がある。制御手段と
しては、回転子の回転角速度を検出して周波数変換装置
を制御して、出力周波数を変化させる方法が採用されて
いる。更に、ブラシレス電動機は、同期周波数と常に同
期した交流電源で駆動される 同期電動機をいう。これ
は、直流機のブラシ及び整流子による機械的整流機構を
位置検出器とサイリスタ（スイッチング素子）に置き換
えたものであり、その制御特性も本質的に直流機の特性
と同じになる。
【０００３】
【発明により解決しようとする課題】誘導電動機は、負
荷が大きいと回転速度が低下したりするため、定速回転
が要求される環境では問題があり、同期電動機の使用が
好ましい。しかし、同期電動機における上記従来の周波
数制御方法では、回転子の回転角速度を検出するための
センサが必要であり、回路が複雑になるとともに、振動
などでセンサが破損するという問題点があった。また、
ブラシレス電動機においても、回転子の位置検出センサ
が必須であって、機械的構造の複雑化は免れない。
荷が大きいと回転速度が低下したりするため、定速回転
が要求される環境では問題があり、同期電動機の使用が
好ましい。しかし、同期電動機における上記従来の周波
数制御方法では、回転子の回転角速度を検出するための
センサが必要であり、回路が複雑になるとともに、振動
などでセンサが破損するという問題点があった。また、
ブラシレス電動機においても、回転子の位置検出センサ
が必須であって、機械的構造の複雑化は免れない。
【０００４】
【課題を解決するための手段】この発明は、出力周波数
を可変制御可能な周波数変換装置を有する同期電動機の
制御装置において、出力電圧と電機子電圧降下分との差
を検出する手段を有し、前記周波数変換装置の出力周波
数が前記出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例する
ように回路構成して、同期電動機の制御装置を構成した
ものである（請求項１）。また、上記において、周波数
変換装置の出力周波数が一定値以下になると、電機子電
圧降下分を検出する手段の比例定数が前記出力周波数に
更に比例するように回路構成すると起動時に効果的であ
る（請求項２）。
を可変制御可能な周波数変換装置を有する同期電動機の
制御装置において、出力電圧と電機子電圧降下分との差
を検出する手段を有し、前記周波数変換装置の出力周波
数が前記出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例する
ように回路構成して、同期電動機の制御装置を構成した
ものである（請求項１）。また、上記において、周波数
変換装置の出力周波数が一定値以下になると、電機子電
圧降下分を検出する手段の比例定数が前記出力周波数に
更に比例するように回路構成すると起動時に効果的であ
る（請求項２）。
【０００５】
【作用】図３は同期電動機の円線図である。図３におい
ては、点Ｃを中心とする負荷円は同期電動機の負荷が大
きくなるほど半径は大きくなる。同じく点Ｃを中心とす
る端子電圧円は、電圧を大きくするほど半径は大きくな
る。点Ｂを中心とする起電力円はパーマネント界磁モー
タ等では半径は一定である。したがって、電圧を一定に
したまま負荷を大きくすると、電流は進む方向になる。
最適な制御は端子電圧と電流の位相を検出して演算する
のが望ましいが、近似的な方法として電流の有効分を検
出するのがこの発明である。すなわち、同期電動機の負
荷が増大する場合、電機子電流が増大するので電機子電
圧の降下分が増大する。そこで、この発明においては、
出力電圧と電機子電圧の降下分との差を検出することに
より同期電動機の負荷の状態が把握される。そして、出
力電圧と電機子電圧の降下分との差に比例して周波数変
換装置の出力周波数を決定することにより、電動機の負
荷の変動、すなわち回転子の角速度に周波数変換装置の
周波数が対応する。したがって、回転子角速度と同期電
動機制御装置の角周波数が等しく保たれ、脱調の防止、
過負荷時の自己平衡機能が得られる。
ては、点Ｃを中心とする負荷円は同期電動機の負荷が大
きくなるほど半径は大きくなる。同じく点Ｃを中心とす
る端子電圧円は、電圧を大きくするほど半径は大きくな
る。点Ｂを中心とする起電力円はパーマネント界磁モー
タ等では半径は一定である。したがって、電圧を一定に
したまま負荷を大きくすると、電流は進む方向になる。
最適な制御は端子電圧と電流の位相を検出して演算する
のが望ましいが、近似的な方法として電流の有効分を検
出するのがこの発明である。すなわち、同期電動機の負
荷が増大する場合、電機子電流が増大するので電機子電
圧の降下分が増大する。そこで、この発明においては、
出力電圧と電機子電圧の降下分との差を検出することに
より同期電動機の負荷の状態が把握される。そして、出
力電圧と電機子電圧の降下分との差に比例して周波数変
換装置の出力周波数を決定することにより、電動機の負
荷の変動、すなわち回転子の角速度に周波数変換装置の
周波数が対応する。したがって、回転子角速度と同期電
動機制御装置の角周波数が等しく保たれ、脱調の防止、
過負荷時の自己平衡機能が得られる。
【０００６】
【実施例】以下、この発明の実施例を説明する。図１は
一般的な同期電動機の等価回路である。図２はこの発明
の出力周波数を可変制御可能な周波数変換装置を有する
同期電動機制御装置内での直流等価的にみたブロック図
である。インバータ出力は交流である。図２において、
同期電動機８における電機子コイル抵抗の直流等価電流
をＲａ、電機子電流の直流等価電流をＩａ、電機子起動
電流の直流等価電圧をＥ、同期電動機端子電圧の直流等
価電圧をＶとすると、同期電動機８の端子電圧と電機子
電流との直流等価回路での関係は、 Ｖ＝ＲaＩa＋Ｅ、ここで Ｅ＝Ｋ1Фωm ・・・（１） で与えられる。図２のブロック図においては、１は可変
直流電源、２は出力電圧側の定数Ｋ2、３はシャント、
４は電機子電圧降下分側の定数Ｋ3、５は乗算回路、６
はＶＦコンバータ、７はインバータ、８は同期電動機で
ある。ここで、同期電動機の界磁磁束をФ、電動機固有
の定数をＫ1、回転子角速度をωm、制御装置（交流電源
側）の角周波数をω0（インバータ出力の角周波数指令
はＶＦコンバータから出る）とすると、同期電動機駆動
中の交流電源側の出力端子電圧をこうせいすることにな
る直流等価電圧Ｖと角周波数ω0との関係は、 ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa ・・・（２） となる。したがって、これをＶについて解くと、
一般的な同期電動機の等価回路である。図２はこの発明
の出力周波数を可変制御可能な周波数変換装置を有する
同期電動機制御装置内での直流等価的にみたブロック図
である。インバータ出力は交流である。図２において、
同期電動機８における電機子コイル抵抗の直流等価電流
をＲａ、電機子電流の直流等価電流をＩａ、電機子起動
電流の直流等価電圧をＥ、同期電動機端子電圧の直流等
価電圧をＶとすると、同期電動機８の端子電圧と電機子
電流との直流等価回路での関係は、 Ｖ＝ＲaＩa＋Ｅ、ここで Ｅ＝Ｋ1Фωm ・・・（１） で与えられる。図２のブロック図においては、１は可変
直流電源、２は出力電圧側の定数Ｋ2、３はシャント、
４は電機子電圧降下分側の定数Ｋ3、５は乗算回路、６
はＶＦコンバータ、７はインバータ、８は同期電動機で
ある。ここで、同期電動機の界磁磁束をФ、電動機固有
の定数をＫ1、回転子角速度をωm、制御装置（交流電源
側）の角周波数をω0（インバータ出力の角周波数指令
はＶＦコンバータから出る）とすると、同期電動機駆動
中の交流電源側の出力端子電圧をこうせいすることにな
る直流等価電圧Ｖと角周波数ω0との関係は、 ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa ・・・（２） となる。したがって、これをＶについて解くと、
【数１】式（１）と式（３）より
【数２】すなわち、常時（４）式の条件が満足されれば
同期電動機８は正常な回転を維持できることとなる。し
たがって、回路定数Ｋ2、Ｋ3を
同期電動機８は正常な回転を維持できることとなる。し
たがって、回路定数Ｋ2、Ｋ3を
【数３】すなわち、
【数４】となるように定め、対応した角周波数ω0を出
力することにより、同期電動機の脱調は未然に防止でき
ることとなる。なお、この発明が対象とする同期電動機
は前述の通り、構造的にはブラシレス電動機から回転子
位置を検出するセンサを除いたものであるから、ブラシ
レス電動機と同じ制御特性を有する。そして、ブラシレ
ス電動機は前述の通り直流機と同じ制御特性を有するも
のであるから、この発明においても直流機と同様に式
（２）が近似的に成立する。
力することにより、同期電動機の脱調は未然に防止でき
ることとなる。なお、この発明が対象とする同期電動機
は前述の通り、構造的にはブラシレス電動機から回転子
位置を検出するセンサを除いたものであるから、ブラシ
レス電動機と同じ制御特性を有する。そして、ブラシレ
ス電動機は前述の通り直流機と同じ制御特性を有するも
のであるから、この発明においても直流機と同様に式
（２）が近似的に成立する。
【０００７】図２において、符号２、４で示される定数
Ｋ2，Ｋ3はいずれも上記（５）式を満たすようにしてあ
る。このブロック図において、電圧Ｖは定数Ｋ2を掛け
合わされ、基準電圧Ｖ1となる。また、電流Ｉaは、定数
Ｋ3を掛け合わされて、比較電圧Ｖ2となる。この比較電
圧Ｖ2は電機子電圧の降下分に対応している。そして、
電圧Ｖ1とＶ2の差がＶＦコンバータ６に入力され、ここ
で電圧差に比例した角周波数ω0が設定され、インバー
タ７へ出力される。
Ｋ2，Ｋ3はいずれも上記（５）式を満たすようにしてあ
る。このブロック図において、電圧Ｖは定数Ｋ2を掛け
合わされ、基準電圧Ｖ1となる。また、電流Ｉaは、定数
Ｋ3を掛け合わされて、比較電圧Ｖ2となる。この比較電
圧Ｖ2は電機子電圧の降下分に対応している。そして、
電圧Ｖ1とＶ2の差がＶＦコンバータ６に入力され、ここ
で電圧差に比例した角周波数ω0が設定され、インバー
タ７へ出力される。
【０００８】すなわち、同期電動機８の負荷が小さく電
機子電流が小さいときには、電機子電圧降下分（比較電
圧Ｖ2）は小さい。したがって、出力電圧と電機子電圧
降下分との差は大きくなり、比較的高速で回転する回転
子の角速度ωmに対応した大きな角周波数ω0が設定され
る。一方、同期電動機８の負荷が増大し、これに伴い電
機子電流が大きくなり電機子電圧降下分が増大すると、
出力電圧と電機子電圧降下分との差が小さくなり、負荷
により減少した回転子角速度に対応した小さな角周波数
ω0が設定される。そして、その後負荷が減少したとき
には負荷の減少に対応して電機子電圧降下分が減少し、
出力電圧との差が大きくなるので、角周波数ω0は大き
くなり、回転子の角速度ωmが増大し、初期の回転速度
まで復帰する。なお、乗算回路５は以下に述べるよう
に、角周波数ω0が小さくなり、電動機の運転に支障が
生じる場合に機能するもので、通常は無視される。
機子電流が小さいときには、電機子電圧降下分（比較電
圧Ｖ2）は小さい。したがって、出力電圧と電機子電圧
降下分との差は大きくなり、比較的高速で回転する回転
子の角速度ωmに対応した大きな角周波数ω0が設定され
る。一方、同期電動機８の負荷が増大し、これに伴い電
機子電流が大きくなり電機子電圧降下分が増大すると、
出力電圧と電機子電圧降下分との差が小さくなり、負荷
により減少した回転子角速度に対応した小さな角周波数
ω0が設定される。そして、その後負荷が減少したとき
には負荷の減少に対応して電機子電圧降下分が減少し、
出力電圧との差が大きくなるので、角周波数ω0は大き
くなり、回転子の角速度ωmが増大し、初期の回転速度
まで復帰する。なお、乗算回路５は以下に述べるよう
に、角周波数ω0が小さくなり、電動機の運転に支障が
生じる場合に機能するもので、通常は無視される。
【０００９】次に、乗算回路５について説明する。同期
電動機８が停止状態から起動するとき、回転子の角速度
ωm＝０であるから、ω0＝ωmとなるように構成された
上記回路においては、ωm＝ω0＝０となり回転子と固定
子との間に変化が生じず、起動しない。この状態で式
（２）は Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa＝０ となり、端子電圧は電機子電流に比例するので、電機子
電流を流してもω0の値は増加しない。そこで、ω0を増
加させるために式（２）の定数Ｋ3をω0が非常に小さい
範囲にあるときに限り、ω0に比例させる。すなわち、 Ｋ3＝Ｋ4ω0Ｋ3´ ・・・（６） ただし、Ｋ4ω0≦１、 Ｋ4、Ｋ3´は定数（図示せず） とすると、式（２）は ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ4Ｋ3´ω0Ｉa すなわち、
電動機８が停止状態から起動するとき、回転子の角速度
ωm＝０であるから、ω0＝ωmとなるように構成された
上記回路においては、ωm＝ω0＝０となり回転子と固定
子との間に変化が生じず、起動しない。この状態で式
（２）は Ｋ2Ｖ−Ｋ3Ｉa＝０ となり、端子電圧は電機子電流に比例するので、電機子
電流を流してもω0の値は増加しない。そこで、ω0を増
加させるために式（２）の定数Ｋ3をω0が非常に小さい
範囲にあるときに限り、ω0に比例させる。すなわち、 Ｋ3＝Ｋ4ω0Ｋ3´ ・・・（６） ただし、Ｋ4ω0≦１、 Ｋ4、Ｋ3´は定数（図示せず） とすると、式（２）は ω0＝Ｋ2Ｖ−Ｋ4Ｋ3´ω0Ｉa すなわち、
【数５】となり、電流の増加に伴い角周波数ω0は０に
固定されることなく増大するので、回転子と固定子との
間に変化が生じ、電動機は起動する。前記乗算回路５に
おいては上記式（６）の乗算を行なうものである。
固定されることなく増大するので、回転子と固定子との
間に変化が生じ、電動機は起動する。前記乗算回路５に
おいては上記式（６）の乗算を行なうものである。
【００１０】
【発明の効果】この発明によれば、同期電動機の負荷の
変動を電機子電圧降下分の変動として検出するので、回
転子の角速度を検出するための角度センサなどを用いる
ことなく回転子の回転状態を検知することができる。そ
して、出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例した出
力周波数を設定することにより、回転子角速度と交流電
源側の角周波数とを等しくできるので、負荷の変動に伴
う脱調を未然に防止することができ、かつ負荷減少時に
は所期の角速度に復帰させることができる。すなわち、
この発明によれば、振動などで破損しやすいセンサなど
を用いることなく、脱調のおそれなく同期電動機を制御
することができる。また、請求項２の発明によれば、同
期電動機を容易に起動させることができる。
変動を電機子電圧降下分の変動として検出するので、回
転子の角速度を検出するための角度センサなどを用いる
ことなく回転子の回転状態を検知することができる。そ
して、出力電圧と電機子電圧降下分との差に比例した出
力周波数を設定することにより、回転子角速度と交流電
源側の角周波数とを等しくできるので、負荷の変動に伴
う脱調を未然に防止することができ、かつ負荷減少時に
は所期の角速度に復帰させることができる。すなわち、
この発明によれば、振動などで破損しやすいセンサなど
を用いることなく、脱調のおそれなく同期電動機を制御
することができる。また、請求項２の発明によれば、同
期電動機を容易に起動させることができる。
【図１】 図１は同期電動機の等価回路である。
【図２】 図２はこの発明の実施例を示すブロック図で
ある。
ある。
【図３】 同期電動機の円線図である。
１ 可変直流電源 ２ 定数Ｋ2 ３ シャント ４ 定数Ｋ3 ５ 乗算回路 ６ ＶＦコンバータ ７ インバータ ８ 同期電動機
フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.6，ＤＢ名) H02P 7/63 303
Claims (2)
- 【請求項１】 出力周波数を可変制御可能な周波数変換
装置を有する同期電動機の制御装置において、出力電圧
と電機子電圧降下分との差を検出する手段を有し、前記
周波数変換装置の出力周波数が前記出力電圧と電機子電
圧降下分との差に比例するように回路構成された、同期
電動機の制御装置 - 【請求項２】 周波数変換装置の出力周波数が一定値以
下になると、電機子電圧降下分を検出する手段の比例定
数が前記出力周波数に更に比例するように回路構成され
た、請求項１記載の同期電動機の制御装置
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077374A JP2777615B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 同期電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP3077374A JP2777615B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 同期電動機の制御装置 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPH0715999A JPH0715999A (ja) | 1995-01-17 |
| JP2777615B2 true JP2777615B2 (ja) | 1998-07-23 |
Family
ID=13632127
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP3077374A Expired - Lifetime JP2777615B2 (ja) | 1991-02-21 | 1991-02-21 | 同期電動機の制御装置 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JP2777615B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN118017902B (zh) * | 2024-04-09 | 2024-06-18 | 洛阳九亿重工集团有限公司 | 一种低频应急拖动装置 |
Family Cites Families (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JPS60135095U (ja) * | 1984-02-21 | 1985-09-07 | 三菱電機株式会社 | 自動電圧調整装置 |
-
1991
- 1991-02-21 JP JP3077374A patent/JP2777615B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPH0715999A (ja) | 1995-01-17 |
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