JP4365132B2 - 直流電動機の制御装置 - Google Patents
直流電動機の制御装置 Download PDFInfo
- Publication number
- JP4365132B2 JP4365132B2 JP2003128518A JP2003128518A JP4365132B2 JP 4365132 B2 JP4365132 B2 JP 4365132B2 JP 2003128518 A JP2003128518 A JP 2003128518A JP 2003128518 A JP2003128518 A JP 2003128518A JP 4365132 B2 JP4365132 B2 JP 4365132B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- motor
- inverter
- phase
- current
- armature
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Fee Related
Links
Images
Landscapes
- Control Of Direct Current Motors (AREA)
Description
【発明の属する技術分野】
この発明は、直流電動機の制御装置に関し、特に将来の機器更新等により交流電動機の速度制御に対応できる直流電動機の制御装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
直流電動機の制御装置では、数年後に電動機を交流電動機に交換したときも用いることができるように可変電圧、可変周波数制御を用いたものがある。このような従来の直流電動機の制御装置は、インバータの2相間に直流電動機の電機子を接続するとともに、インバータの他の1相と負極側との間に上記直流電動機の界磁を接続し、インバータに接続される電動機の機種に応じた制御データを有する演算制御部の指令に基づいてインバータをチョッパ制御し、このチョッパ制御に基づいて直流電動機を駆動制御している(例えば、特許文献1参照)。
【0003】
【特許文献1】
特開昭62−31390号公報(第1−第3頁、第1図)
【0004】
【発明が解決しようとする課題】
従来の直流電動機の制御装置は以上のように構成されているため、直流電動機を駆動する際に、3相インバータの1相に電機子電流が連続的に集中する。このため、信頼性が劣化すると共に、同容量の交流電動機を駆動する場合のインバータに比して、インバータ容量が3倍あるいはそれ以上に増大するものであった。
【0005】
この発明は、上記のような問題点を解消するために成されたものであって、可変電圧、可変周波数制御を用いた直流電動機の制御装置におけるインバータの特定相に電流集中することなく各相間の責務を分担し、インバータ容量の低減を図ると共に信頼性の向上を図ることを目的とする。
【0006】
【課題を解決するための手段】
この発明に係る直流電動機の制御装置は、直流電源からの直流電力をインバータにより3相の可変電圧、可変周波数の交流に変換して直流電動機に供給して該直流電動機を駆動制御する。そして、上記インバータの3相の内2相の出力端を短絡させた出力端と該インバータの直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の電機子を接続すると共に、上記インバータの残りの1相の出力端と上記直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の界磁を接続し、上記電機子に接続された上記インバータの2相が、同等の周期、一定の極性で順番に一定の時間ずつ出力して上記電機子へ電流を流すように該インバータの2相をチョッパ制御すると共に、上記直流電動機の界磁電流を流すように上記インバータの残りの1相をチョッパ制御するものである。
【0007】
【発明の実施の形態】
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいで説明する。図1は、この発明の実施の形態1による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
図に示すように、3相交流電源21からの3相交流を遮断機22を介して接続されたVVVF装置63により可変電圧、可変周波数制御して直流電動機35の電機子35aに供給する。VVVF装置63は、ダイオード整流器23と平滑コンデンサ25とダイオードが逆並列接続された複数の半導体スイッチング素子26〜31から成るインバータとで構成される。また、インバータ26〜31の3相交流出力の内2相、例えばU相出力端とV相出力端とを短絡した出力端と直流側入力端子の一方との間に、電機子35aは接続される。また、インバータ26〜31の残りの1相、この場合W相の出力端と上記直流側入力端子の一方との間に直流電動機35の界磁35fが接続される。
【0008】
また、VVVF装置63は該VVVF装置63を駆動制御する制御装置103と共に電動機の制御装置104を構成しており、VVVF装置63の制御装置103は、直流電動機35の速度検出器(PLG)36の検出信号の受信回路50、受信回路50からの信号により速度帰還値を演算する演算回路51、速度帰還値と外部から与えられる速度指令値47とを比較して電流指令値を出力する速度制御装置52、インバータ26〜31の出力電流を検出し電流帰還値を出力する電流検出回路102、該電流帰還値と上記電流指令値とを比較し電圧指令値を出力する電流制御器54、界磁電流指令を出力する界磁電流設定器57、W相のインバータ出力電流を検出し界磁電流帰還値を出力する電流検出回路58、該界磁電流帰還値と上記界磁電流指令値とを比較し電圧指令値を出力する電流制御器59、および各電流制御器54、59からの電圧指令値によりインバータ26〜31にゲート信号を出力するPWM制御回路101で構成される。
なお、32〜34はインバータ26〜31の各相の出力電流を検出する電流検出器、48は図示しない外部の運転指令によりONする接点、66は将来の交流電動機への更新に備えてVVVF装置23の制御装置103内に設けられた交流電動機用の制御回路である。
【0009】
次に動作について、この直流電動機の制御装置104の出力電圧波形図の例を示す図2に基づいて以下に説明する。
ここでは、図1に示すように、インバータ26〜31のU相出力端とV相出力端とを短絡した出力端を、直流電動機35の電機子35aの例えば正極側に接続し、電機子35aの負極側をインバータ26〜31の直流側入力端子の負極側に接続し、その時の電機子側電圧波形を図2(a)に示す。また、インバータ26〜31の残りの1相、この場合W相の出力端と直流側入力端子の負極端子との間に直流電動機35の界磁35fを接続し、界磁側電圧波形を図2(b)に示す。この場合、インバータの半導体スイッチング素子26〜31は、各U、V、W相とも正極側の半導体スイッチング素子26、28、30のみ0N/0FF動作し、負極側の半導体スイッチング素子27、29、31は、0FF状態で短絡防止のためにゲートブロックされる。
【0010】
VVVF装置63の制御装置103では、電流制御器54の出力である電圧指令値がPWM回路101に入力されると、PWM回路101は、例えば60Hzに周波数を固定した状態で動作し、電圧のみ指令値になるように制御された60Hzの矩形波によるU相、V相の2相交流を発生する。正極側の各半導体スイッチング素子26、28はPWM回路101からのゲート信号で制御され、電機子35aに流れる電流が制御される。図2(a)に示すように、インバータのU相、V相が同等の周期、一定の極性(正極性)で順番に一定の時間ずつ出力するようにチョッパ制御される。インバータのU相、V相の出力端は短絡されているため、電機子35aに加わる電圧波形Vaは連続となり、電機子電流も連続する。即ち、インバータにおいては、60Hzの矩形波による2相(U相、V相)出力であるが、直流電動機35に対しては連続した直流電圧波形での出力となる。
【0011】
一方、電流制御器59の出力である電圧指令値がPWM回路101に入力されると、PWM回路101はW相のゲート信号を発生し、該ゲート信号にてW相正極側の半導体スイッチング素子30が制御される。図2(b)に示すように、インバータのW相を一定の極性(正極性)でチョッパ制御することにより、直流電動機の界磁35fに給電する。
【0012】
この実施の形態では、3相インバータ26〜31のU相出力端とV相出力端とを短絡させ、2相(U相、V相)が同等の周期、一定の極性で順番に一定の時間ずつ出力するようにチョッパ制御して電機子35aに連続した電圧、電流を流すようにしたため、3相インバータのいずれかの相に電機子電流が連続的に集中することはなく、2相で均等に分担できるため、直流電動機35を駆動するためのインバータ容量は従来のものよりも低減できる。
【0013】
同一容量の交流電動機を駆動する場合の容量と比較すると、以下のようになる。
交流電動機電流Im=Pm/(√3*Vm*ηa*cosφm)
直流電動機電流Ia=Pm/(Va*ηd)
ここで、
Pm:電動機容量 Vm:交流電動機電圧 Va:直流電動機電圧
ηa:交流電動機効率 ηd:交流電動機効率 cosφm:交流電動機力率
cosφm≒ηd(%)、Vm=Va(V)、ηa≒0.9
このように、直流電動機の効率と交流電動機の力率とが同程度とすれば、
Ia≒Im*1.4
となる。2相出力のインバータの60Hzは、3相出力のインバータの45Hz相当するものであるが、インバータ容量は、同一容量の交流電動機を駆動する場合の1,4倍程度に抑えられる。また、界磁側電流は電機子側に比して小さくインバータの容量も少なくて済む。
このように、3相インバータ26〜31の特定相に電流集中することなく各相間の責務を分担し、インバータ容量が低減できると共に、制御装置の信頼性が向上する。
【0014】
実施の形態2.
次に、この発明の実施の形態2を図に基づいで説明する。図3は、この発明の実施の形態2による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
上記実施の形態1では、直流電動機35の電機子35aの一方の端子を、インバータ26〜31の直流側入力端子の一方に固定接続したが、この実施の形態では、図に示すように、切替操作器106と接触器(または断路器)107、108とから成る切替器を備えて、切替可能とする。
この実施の形態では、電機子35aの端子に接続されるインバータ26〜31の直流側入力端子は、正負両端子の間で切替可能となり、図示しない外部の運転指令により接点105を介して切替制御される。このとき、図4に示すように、上記正負両端子間の切替に伴って、該切替のタイミングでPWM回路101から出力される、電機子35aに給電するためのゲート信号の極性を反転させ、インバータの2相(この場合U相、V相)の出力極性を切り替える。これにより、上記実施の形態1と同様にインバータ容量が低減できると共に、直流電動機35の正転、逆転の双方向の運転が可能になり、安価で高性能な制御装置が得られる。
【0015】
実施の形態3.
次に、この発明の実施の形態3を図に基づいで説明する。図5は、この発明の実施の形態3による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
図に示すように、3相交流電源21からの3相交流を遮断機22を介して接続された共通コンバータ23aで直流に変換し、インバータ26〜31および平滑コンデンサ25で構成されるVVVF装置63と、第2のインバータ38〜43および平滑コンデンサ37で構成される第2のVVVF装置64との双方に、共通コンバータ23aから出力線24を介して直流電力を給電する。また、各インバータ26〜31、38〜43の3相交流出力の内2相、例えばU相出力端とV相出力端とを短絡した2つの出力端子間に、電機子35aは接続される。また、各インバータ26〜31、38〜43の残りの1相、この場合、2つのW相出力端子間に直流電動機35の界磁35fが接続される。
また、VVVF装置63、第2のVVVF装置64と各VVVF装置63、64の制御装置56、62で電動機の制御装置65が構成される。
【0016】
VVVF装置63、34の制御装置56、62は、直流電動機35の速度検出器(PLG)36の検出信号の受信回路50、受信回路50からの信号により速度帰還値を演算する演算回路51、速度帰還値と外部から与えられる速度指令値47とを比較して電流指令値を出力する速度制御装置52、速度指令値47より正転、逆転判別を行う判別回路49、インバータ26〜31の出力電流を検出し電流帰還値を出力する電流検出回路53、該電流帰還値と上記電流指令値とを比較し電圧指令値を出力する電流制御器54、界磁電流指令を出力する界磁電流設定器57、W相のインバータ出力電流を検出し界磁電流帰還値を出力する電流検出回路58、該界磁電流帰還値と上記界磁電流指令値とを比較し電圧指令値を出力する電流制御器59、および各電流制御器54、59からの電圧指令値により各インバータ26〜31、38〜43にゲート信号を出力するPWM制御回路55、61で構成される。
なお、32〜34、44〜46は各インバータ26〜31、38〜43の各相の出力電流を検出する電流検出器、48は図示しない外部の運転指令によりONする接点、60は図示しない外部の運転指令により界磁逆転指令時にONする接点、66は将来の交流電動機への更新に備えてVVVF装置23の制御装置103内に設けられた交流電動機用の制御回路である。
【0017】
次に動作について、この直流電動機の制御装置65の出力電圧波形図の例を示す図6、図7に基づいて以下に説明する。
各インバータ26〜31、38〜43の2相(この場合U相、V相)が同等の周期で順番に同じ極性で一定の時間ずつ出力するようにチョッパ制御し、上記直流電動機35の電機子35aに電圧、電流を供給する。2相の出力は、矩形波による出力であるが、直流電動機35に対しては連続した直流電圧波形での出力となる。図6では、インバータ26〜31の2相のみを図示し、このとき、第2のインバータ38〜43の2相は出力極性が逆となる。そして、各インバータ26〜31、38〜43の出力極性を反転させて、同様の制御を行い、上記直流電動機35の電機子35aに逆極性の電圧、電流を供給する。各インバータ26〜31、38〜43のU相出力端とV相出力端とは短絡されているため、電機子35aに加わる電圧波形Vaは連続となり、電機子電流も連続する。
また、各インバータ26〜31、38〜43のW相を用いてチョッパ制御にて界磁35fに給電し、界磁逆転指令時に接点60をONすることにより界磁電流の電流方向を切り替えでき、これによっても直流電動機35の正転、逆転の運転が可能になる。
【0018】
この実施の形態では、直流電動機35の正転、逆転の切替運転が、電機子35aの電流方向の切替で可能になり、界磁35fに比して時定数の小さい電機子35a側で切替するため、制御性が向上し、俊敏な正逆転を繰り返す負荷にも対応できる。また、界磁側でも、界磁電流の方向を切り替えて正転、逆転の切替が可能であり、各インバータの半導体スイッチング素子を均等に用いることができ、信頼性が向上する。
【0019】
なお、上記実施の形態では、共通コンバータ23aにダイオードコンバータを用いたが、図8に示すように、サイリスタコンバータあるいはPWM制御のコンバータから成る共通コンバータ68を用いてもよい。これにより、電源回生運転が可能になり、制御性の優れた直流電動機の制御装置が得られる。なお、69は直流リアクトルである。
【0020】
【発明の効果】
以上のように、この発明に係る直流電動機の制御装置は、直流電源からの直流電力をインバータにより3相の可変電圧、可変周波数の交流に変換して直流電動機に供給して該直流電動機を駆動制御する。そして、上記インバータの3相の内2相の出力端を短絡させた出力端と該インバータの直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の電機子を接続すると共に、上記インバータの残りの1相の出力端と上記直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の界磁を接続し、上記電機子に接続された上記インバータの2相が、同等の周期、一定の極性で順番に一定の時間ずつ出力して上記電機子へ電流を流すように該インバータの2相をチョッパ制御すると共に、上記直流電動機の界磁電流を流すように上記インバータの残りの1相をチョッパ制御するため、3相インバータの特定相に電流集中することなく各相間の責務を分担でき、インバータ容量が低減できると共に、制御装置の信頼性が向上するものである。
【図面の簡単な説明】
【図1】 この発明の実施の形態1による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
【図2】 この発明の実施の形態1による直流電動機の制御装置の出力波形図である。
【図3】 この発明の実施の形態2による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
【図4】 この発明の実施の形態2による直流電動機の制御装置の出力波形図である。
【図5】 この発明の実施の形態3による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
【図6】 この発明の実施の形態3による直流電動機の制御装置の出力波形図である。
【図7】 この発明の実施の形態3による直流電動機の制御装置の出力波形図である。
【図8】 この発明の実施の形態3の別例による直流電動機の制御装置の全体ブロック図である。
【符号の説明】
21 交流電源、23a,68 共通コンバータ、26〜31 インバータ、
35 直流電動機、35a 電機子、35f 界磁、
38〜43 第2のインバータ、55,61,101 PWM制御回路、
106 切替操作器、107,108 接触器。
Claims (4)
- 直流電源からの直流電力をインバータにより3相の可変電圧、可変周波数の交流に変換して直流電動機に供給して該直流電動機を駆動制御する直流電動機の制御装置において、上記インバータの3相の内2相の出力端を短絡させた出力端と該インバータの直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の電機子を接続すると共に、上記インバータの残りの1相の出力端と上記直流側入力端子の一方との間に上記直流電動機の界磁を接続し、上記電機子に接続された上記インバータの2相が、同等の周期、一定の極性で順番に一定の時間ずつ出力して上記電機子へ電流を流すように該インバータの2相をチョッパ制御すると共に、上記直流電動機の界磁電流を流すように上記インバータの残りの1相をチョッパ制御することを特徴とする直流電動機の制御装置。
- 上記直流電動機の電機子が接続される上記インバータの直流側入力端子の一方は、切替器を備えて該直流側入力両端子の間で切り替え可能とし、該切り替えに伴って上記インバータの2相からの出力極性を反転させることを特徴とする請求項1記載の直流電動機の制御装置。
- 直流電源からの直流電力をインバータにより3相の可変電圧、可変周波数の交流に変換して直流電動機に供給して該直流電動機を駆動制御する直流電動機の制御装置において、上記インバータを2台備えて該各インバータの3相の内2相の出力端を短絡させた2つの出力端間に上記直流電動機の電機子を接続すると共に、上記各インバータの残りの1相の2つの出力端間に上記直流電動機の界磁を接続し、上記各インバータにおいて、上記電機子に接続された上記2相が、同等の周期、一定の極性で順番に一定の時間ずつ出力するように、該2相をチョッパ制御して上記直流電動機の電機子に双方向の電流供給を可能にすると共に、双方向の電流を切り替えて上記直流電動機の界磁電流を流すように上記残りの1相をチョッパ制御することを特徴とする直流電動機の制御装置。
- 交流電源から供給される交流電力を直流電力に変換するコンバータを備え、該コンバータにより上記2台のインバータの双方に上記直流電力を供給することを特徴とする請求項3記載の直流電動機の制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003128518A JP4365132B2 (ja) | 2003-05-07 | 2003-05-07 | 直流電動機の制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP2003128518A JP4365132B2 (ja) | 2003-05-07 | 2003-05-07 | 直流電動機の制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JP2004336869A JP2004336869A (ja) | 2004-11-25 |
JP4365132B2 true JP4365132B2 (ja) | 2009-11-18 |
Family
ID=33504611
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP2003128518A Expired - Fee Related JP4365132B2 (ja) | 2003-05-07 | 2003-05-07 | 直流電動機の制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP4365132B2 (ja) |
-
2003
- 2003-05-07 JP JP2003128518A patent/JP4365132B2/ja not_active Expired - Fee Related
Also Published As
Publication number | Publication date |
---|---|
JP2004336869A (ja) | 2004-11-25 |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
JP5359637B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US8508961B2 (en) | Power conversion apparatus | |
JP5862125B2 (ja) | 電力変換装置の制御装置 | |
US8823302B2 (en) | Control apparatus for switching circuit | |
CN112997398B (zh) | 旋转电机的驱动装置 | |
JPH08256497A (ja) | 電動機駆動方法 | |
JP2009284560A (ja) | モータ駆動システムの充電方法 | |
JP4365132B2 (ja) | 直流電動機の制御装置 | |
JP5571987B2 (ja) | ブラシレスdcモータの制動方法 | |
CN116470821A (zh) | 电机驱动装置及其控制方法 | |
JP2009219174A (ja) | モータ駆動装置 | |
JP4123082B2 (ja) | 多重電力変換装置 | |
JP4413565B2 (ja) | 電源供給システム | |
JP5452782B1 (ja) | 駆動装置 | |
JP4736641B2 (ja) | 電圧変換装置及びその制御方法並びにハイブリッドシステム及びその制御方法 | |
JP4560710B2 (ja) | 発電システム | |
JP2004274905A (ja) | 直流電動機の制御装置 | |
JP6417268B2 (ja) | 電力変換装置 | |
JP2016123141A (ja) | 電動機システム | |
JPH0669316B2 (ja) | 電力変換装置の電力回生制御回路 | |
JP3616527B2 (ja) | 電動機駆動用電力変換装置 | |
JP4549124B2 (ja) | モータ制御装置 | |
JP2000092879A (ja) | 電動機駆動装置 | |
JP6908303B2 (ja) | 電力変換装置 | |
US20050117893A1 (en) | General purpose 100% solid state drive for direct current rotary machines |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20060420 |
|
A621 | Written request for application examination |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A621 Effective date: 20060420 |
|
A131 | Notification of reasons for refusal |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A131 Effective date: 20090217 |
|
A521 | Written amendment |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A523 Effective date: 20090324 |
|
TRDD | Decision of grant or rejection written | ||
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 Effective date: 20090818 |
|
A01 | Written decision to grant a patent or to grant a registration (utility model) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A01 |
|
A61 | First payment of annual fees (during grant procedure) |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: A61 Effective date: 20090820 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828 Year of fee payment: 3 |
|
R150 | Certificate of patent or registration of utility model |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R150 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20120828 Year of fee payment: 3 |
|
FPAY | Renewal fee payment (event date is renewal date of database) |
Free format text: PAYMENT UNTIL: 20130828 Year of fee payment: 4 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
R250 | Receipt of annual fees |
Free format text: JAPANESE INTERMEDIATE CODE: R250 |
|
LAPS | Cancellation because of no payment of annual fees |