JP3873203B2 - 巻線型誘導機の速度制御装置及び方法 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、巻線型誘導機の２次電力をチョッパと回生インバータを用いて制御するセルビウス方式を用いた巻線型誘導機の速度制御装置及び方法に係り、特に、複数台の巻線型誘導機を可変速制御する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の装置としては、特開平６−１０５５９８号公報に記載のように、静止セルビウス装置を用いた複数台の誘導電動機の制御装置が提案されている。この制御装置は、各電動機に接続された順変換器の出力電流の合計を逆変換器に供給し、この逆変換器の点弧角を制御することにより、電動機の制御を行っている。この場合、複数台の電動機の速度は、各々独立に制御することは不可能である。また、このセルビウス装置では、同期速度付近、即ち、すべりが零付近では、逆変換器の力率が悪く、逆に起動時においては、すべりが１相当の大きな電圧に耐える必要があることから、逆変換器及び逆変換器と交流電源系統の間に接続される変圧器の容量が大きくなる、という問題がある。
上記の逆変換器及び変圧器容量の問題を解消する技術としては、例えば特開昭６０−９１８９０号公報に記載された方法がある。この方法は、誘導機の２次電力をチョッパと回生インバータを用いて制御するセルビウス方式を用いたものであり、従来のセルビウス装置に比べて、低コストな装置を実現できるが、複数台の電動機の制御には、各電動機毎にコンデンサ、逆変換器及び変圧器などを備える必要があった。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、複数台の巻線型誘導電動機の速度を各々独立に制御できないこと、また、コンデンサ、逆変換器及び変圧器を複数台必要とする問題があった。
本発明の課題は、前記事情に鑑み、複数台の巻線型誘導電動機の速度を各々独立的に制御し、しかも装置のコンパクト化、コスト低減を可能にする巻線型誘導機の速度制御装置及び方法を提供することにある。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、複数台の各巻線型誘導機の２次側に接続した各々順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトルを介してスイッチング素子を接続し、複数台の巻線型誘導機の回転速度を各々独立的に制御するために、巻線型誘導機の回転速度とその指令値との偏差に応じて順変換器の出力電流を制御すべく前記スイッチング素子をオンオフ制御する速度制御手段を設け、各速度制御手段のスイッチング素子に並列にダイオードを介して各速度制御手段に対して共通のコンデンサを接続すると共に、スイッチング素子の動作のオフ時に順変換器の出力電流を共通のコンデンサに導く方向に接続し、さらに、共通のコンデンサの端子間に逆変換器を接続し、巻線型誘導機の２次電力を前記交流電源に回生するものであって、各速度制御手段のＰＷＭキャリア信号の位相をずらすスイッチング位相設定手段を設け、各スイッチング素子に対してスイッチング位相をずらす。
【０００５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
図１は、本発明の一実施形態による誘導機の速度制御装置であり、複数台の巻線形誘導電動機の速度制御装置の構成を示す。
図１において、１は交流電源系統、２ａ〜２ｃは各巻線形誘導電動機、３ａ〜３ｃは各巻線形誘導電動機２ａ〜２ｃの２次電圧を直流に変換する順変換器（ダイオード整流器）である。６ａ〜６ｃは各巻線形誘導電動機２ａ〜２ｃに直結された速度検出器であり、各巻線形誘導電動機の速度を検出し、出力する。７ａ〜７ｃは電流検出器であり、順変換器３ａ〜３ｃの出力電流を検出し、出力する。８ａ〜８ｃは速度制御回路であり、速度検出器６ａ〜６ｃより出力される信号と電流検出器７ａ〜７ｃより出力される信号を入力し、この信号に基づいて自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）４ａ〜４ｃをオンオフする制御信号を演算し、出力する。５ａ〜５ｃは逆流阻止用ダイオードであり、自己消弧型素子４ａ〜４ｃがオフ状態の時に順変換器３ａ〜３ｃの出力電流がコンデンサ９に流れる。１０は各巻線形誘導電動機２ａ〜２ｃの２次電力の総合電力を交流電源１に回生するための逆変換器（ＩＧＢＴインバータ）、１１は逆変換器用変圧器である。１２は電流検出器であり、逆変換器１０の出力電流を検出し、出力する。１３は電圧検出器であり、コンデンサ９の端子間の直流電圧を検出し、出力する。１４は逆変換器１０の制御装置であり、電流検出器１２より出力される信号と電圧検出器１３より出力される信号が入力され、この信号に基づいて逆変換器１０の制御信号を出力する。
なお、順変換器の直流出力端子間つまり順変換器３ａ〜３ｃと自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）４ａ〜４ｃの接続点間または逆流阻止用ダイオード５ａ〜５ｃと自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）４ａ〜４ｃの接続点間にリアクトルを挿入してもよい。
【０００６】
次に、本実施形態の動作を説明する。まず、図２を用いて、各誘導電動機の速度制御部分の動作について説明する。図２は、図１における巻線形誘導電動機２ａの速度制御回路のブロック図である。１、２ａ〜８ａ及び９〜１４までは図１のものと同一であるので、説明を省略する。
図２において、２１は速度指令発生器であり、速度指令を出力する。２２は速度制御器であり、速度指令発生器２１の出力である速度指令と速度検出器６ａより出力される速度検出値が入力され、この信号に基づいて電流指令信号を演算し、出力する。２３は電流制御器であり、速度制御器２２より出力される電流指令信号と電流検出器７ａより出力される電流検出信号が入力され、この信号に基づいて電圧指令信号を出力する。２４はＰＷＭ制御器であり、電流制御器２３より出力される電圧指令信号とＰＷＭキャリア信号が入力され、この信号に基づいて電圧指令とＰＷＭキャリア信号と比較し、自己消弧型素子４ａのオンオフ制御信号を出力する。
巻線形誘導電動機２ａの回転速度は、速度検出器６ａにより検出され、速度指令発生器２１からの速度指令信号と共に速度制御器２２に入力され、これにより回転速度は速度指令に一致するように制御される。そして、速度制御ループの内側には図２に示すように電流制御ループが設けられ、順変換器３ａの出力電流は、電流検出器７ａにより検出され、速度制御器２２より出力される電流指令信号と共に電流制御器２３に入力され、これにより順変換器３ａの出力電流は電流指令値に一致するように制御される。電流制御器２３からは電圧指令信号がＰＷＭ制御器２４に入力され、ここでＰＷＭ制御により自己消弧型素子４ａをオンオフ制御することによって順変換器３ａの出力電圧を制御し、順変換器３ａの出力電流を制御する。このように直流電流が制御されるので、巻線形誘導電動機２ａの２次電流及びトルクは、電流指令に比例するように制御され、従って回転速度は速度指令に追従して制御される。
【０００７】
次に、巻線形誘導電動機の２次電力の回生動作について説明する。図３の（ａ）に速度制御時の電圧指令とＰＷＭキャリア信号、（ｂ）に自己消弧型素子４ａのオンオフ信号、（ｃ）に順変換器３ａの出力電流信号、（ｄ）にダイオード５ａに流れる電流、（ｅ）にコンデンサ９の電圧波形を示す。電圧指令がキャリア信号より大きい場合は、ＰＷＭパルス信号がオンとなり、自己消弧型素子４ａはオンする。この間、図２の順変換器３ａの直流出力電流は自己消弧型素子４ａを通して流れ、このときダイオード５ａに流れる電流は零となる。また、逆に電圧指令がキャリア信号より小さい場合は、ＰＷＭパルス信号がオフとなり、自己消弧型素子４ａはオフし、このとき直流電流はダイオード５ａを通して流れる。このとき、順変換器３ａの出力電流は図３（ｃ）のように自己消弧型素子４ａがオンのとき増加し、オフのとき減少する。このようにして、出力電流は電圧指令信号に従い制御される。また、ダイオード５ａの電流はコンデンサ９を充電し、その電圧を高くする。その結果、逆変換器１０の制御装置１４の動作により、交流電源側に巻線形誘導電動機２ａの２次電力が回生される。ここで、自己消弧型素子４ａ、ダイオード５ａ、コンデンサ９により構成される回路は、すべりにより２次電圧が変化する巻線形誘導電動機２ａの２次電力を一定電圧に変換する作用があり、このとき、逆変換器１０側に伝達される電力は巻線形誘導電動機２ａの２次電力に等しくなる。以上が従来技術の説明である。
次に、本実施形態について述べる。ところで、速度制御部分は回生動作を行う逆変換器と独立に制御できるため、図１に示す複数台の誘導電動機の速度を各々独立に制御することができる。即ち、本実施形態では、前述の速度制御回路８ａを複数台の誘導機２ａ，２ｂ，２ｃに対して８ｂ，８ｃとして各々構成し、各ダイオード５ａ，５ｂ，５ｃを介して共通のコンデンサ９に接続する。この結果、各電動機２ａ，２ｂ，２ｃの２次電力がダイオード５ａ，５ｂ，５ｃを介してコンデンサ９に集積され、さらに１台の逆変換器１０で交流電源側に回生させるものである。
本実施形態によれば、図２に示す従来の装置を複数台備える場合に比べて、コンデンサ、逆変換器及び変圧器の数が１／ｎ（ｎ：電動機の数）化されるため、低コストに装置が実現でき、かつ、各電動機の速度を各々独立に制御することができる。
【０００８】
図４は、本発明の他の実施形態を示す。図１とは、各速度制御回路８ａ，８ｂ，８ｃのＰＷＭキャリア信号図３（ａ）の位相をずらすキャリア位相設定器１５を設けた点が異なる。本実施形態によれば、図１に比べて、コンデンサ９の容量を低減し、低コスト化できる効果がある。
図３の波形を見ると、コンデンサ９への入力電流にはリプル成分が含まれるため、必要なコンデンサ容量が増加する。図１のように複数台の巻線形誘導電動機を各々独立に制御する構成とすることにより、同一のキャリア信号を用いた場合は、各順変換器３ａ，３ｂ，３ｃからコンデンサ９に流れる入力電流は同期するため、各リプル成分が加算されたものとなり、リプル量が増加し、その結果コンデンサ容量が増加する。これに対して、図４では、設定器１５によりキャリア位相をずらす、例えば３６０度／ｎ（ｎ：電動機の台数）とするようにしたため、各順変換器３ａ，３ｂ，３ｃからダイオード５ａ，５ｂ，５ｃを介して流入する電流リプルのタイミングがずれ、その結果コンデンサ９に流れる入力電流のリプル成分を平滑化でき、コンデンサ容量を低減することができる。
【０００９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、複数台の誘導電動機に対して各速度制御回路によって個々の誘導電動機の速度制御を行い、各回路で発生する２次電力を１つの逆変換器によって電源側に回生する回路構成としたので、複数台の誘導電動機駆動システムにおいて、各電動機の速度制御を各々独立に行うことができ、かつ、コンデンサ、逆変換器及び変圧器などのシステムの部品数を低減することができ、コンパクト化、コストの低減化を図ることができる。
また、各々の速度制御回路において、各回路から発生するリプル成分を打消すように、各回路における自己消弧型素子のスイッチング位相をずらすことにより、リプル成分を低減することができ、コンデンサの容量を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態を示す誘導機の速度制御装置の構成図
【図２】本発明の速度制御装置を示す回路図
【図３】本発明による２次電流の波形図
【図４】本発明の他の実施形態の構成図
【符号の説明】
１…交流電源系統、２ａ〜２ｃ…巻線形誘導電動機、３ａ〜３ｃ…順変換器、４ａ〜４ｃ…自己消弧型素子、５ａ〜５ｃ…ダイオード、６ａ〜６ｃ…速度検出器、７ａ〜７ｃ…電流検出器、８ａ〜８ｃ…速度制御回路、９…コンデンサ、１０…逆変換器、１１…逆変換器用変圧器である。１２…電流検出器、１３…電圧検出器１４…逆変換器の制御装置、２１…速度指令発生器、２２…速度制御器、２３…電流制御器、２４…ＰＷＭ制御器

Claims (2)

1. 複数台の巻線型誘導機の２次側を順変換器及び逆変換器を介して交流電源に接続し、前記巻線型誘導機の２次電力を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う巻線型誘導機の速度制御装置において、
   前記複数台の各巻線型誘導機の２次側に接続した各々の前記順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトルを介してスイッチング素子を接続し、前記複数台の巻線型誘導機の回転速度を各々独立的に制御するために、前記巻線型誘導機の回転速度とその指令値との偏差に応じて前記順変換器の出力電流を制御すべく前記スイッチング素子をオンオフ制御する速度制御手段を設け、
   前記速度制御手段の前記スイッチング素子に並列にダイオードを介して前記各速度制御手段に対して共通のコンデンサを接続すると共に、前記スイッチング素子の動作のオフ時に前記順変換器の出力電流を前記共通のコンデンサに導く方向に接続し、さらに、前記共通のコンデンサの端子間に前記逆変換器を接続し、前記巻線型誘導機の２次電力を前記交流電源に回生するものであって、
   前記各速度制御手段のＰＷＭキャリア信号の位相をずらすスイッチング位相設定手段を設け、前記各スイッチング素子に対してスイッチング位相をずらすことを特徴とする巻線型誘導機の速度制御装置。
2. 複数台の巻線型誘導機の２次側を順変換器及び逆変換器を介して交流電源に接続し、前記巻線型誘導機の２次電力を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う巻線型誘導機の速度制御方法において、
   前記複数台の各巻線型誘導機の２次側に接続された各々の前記順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトルを介してスイッチング素子を接続し、前記複数台の巻線型誘導機の速度を制御する速度制御手段を設けると共に、前記スイッチング素子に並列にダイオードを介して共通のコンデンサを接続し、
   前記速度制御手段によって前記巻線型誘導機の回転速度とその指令値との偏差に応じて前記順変換器の出力電流を制御すべく前記スイッチング素子をオンオフ制御し、前記スイッチング素子の動作のオフ時に前記順変換器の出力電流を前記ダイオードを通して前記共通のコンデンサに流し、前記複数台の巻線型誘導機の回転速度を各々独立的に制御し、さらに、前記共通のコンデンサの端子間に接続した前記逆変換器から前記巻線型誘導機の２次電力を前記交流電源に回生するものであり、
   前記各速度制御手段に設けたＰＷＭキャリア信号の位相をずらすスイッチング位相設定手段によって、前記各スイッチング素子に対してスイッチング位相をずらすことを特徴とする巻線型誘導機の速度制御方法。

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