JPH01164300A - 電動機の発電制御装置 - 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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は、電動機の発電制御装置に係り、特に誘導機の
発電制御装置に関する。

（従来の技術） 誘導機を発電機として動作させる代表的な方式は２種類
ある。一つは誘導機の端子に進相コンデンサを接続して
発電させる方式である。一般に誘導機の端子に進相コン
デンサを接続すると誘導機の端子に発生した電圧に対し
て進相コンデンサに流れる電流は誘導機を励磁する方向
にあり、誘導機の内部磁束が飽和するまで端子電圧が上
昇する。いわゆる自励現象を利用したものがこの方式で
あるが、これによると誘導機に接続される負荷の電圧を
制御するために進相コンデンサと並列に交流リアクトル
を接続して誘導機の無効電流を制御する必要がある。

他の一つはインバータの回生制御として知られている方
式である。代表的な基本構成を第５図に示す。１は誘導
機、２は回転速度検出器、３はインバータ、４はコンデ
ンサ、５は負荷抵抗、６は整流器、７は交流電源、８は
トランジスタ、９は速度制御回路、１０は電圧検出回路
、１１は電圧指令回路、１２はヒステリシスコンパレー
タである。この回路はインバータを用いた誘導機の駆動
装置としてよく使われている。

誘導機１は通常その回転周波数は一次周波数よりも小さ
くなり電動機として動作するが、回転周波数が一次周波
数よりも大きくなると発電機として動作する。誘導機１
が発電機となって回転軸の機械エネルギーを電気エネル
ギーに変換した結果、コンデンサ４の電圧が上昇して電
圧指令回路１１からの値を越えると、電圧検出回路１０
、ヒステリシスコンパレータ１２によってトランジスタ
８がＯＮする。コンデンサ４のエネルギーが負荷抵抗５
で消費された結果、コンデンサ４の電圧が下降して電圧
検出回路１０．ヒステリシスコンパレータ１２によって
トランジスタ８１ｆｉ　ＯＦ　Ｆする。負荷抵抗５に印
加される電圧はパルス状の波形になる。

この方式はインバータを用いて誘導機の一次周波数を連
続的に制御することができるので、広範囲の回転数領域
に対しても無理なく回生副動作がおこなわれる。

（発明が解決しようとする問題点） 誘導機の端子に進相コンデンサを接続させる方式は、負
荷や回転数が変動した場合でも負荷に一定電圧を供給す
るためには、その全範囲をカバーできるような進相コン
デンサ容量と交流リアクトル容量が必要になり装置が大
型化する。特に進相コンデンサ容ωは回転数のほぼ二乗
に比例するので回転数範囲が広い場合は実用化が難しい
。

インバータの回生制御として知られている方式の構成の
ものは誘導機を電動機１として可変速運転することが本
来の機能であり、上述した回生時の制御は主としてイン
バータを過電圧から保護するためのものである。インバ
ータ３を制御する速度制御回路９には回生時の負荷の電
圧制御などの機能がないのが普通であり、従来はインバ
ータを用いて誘導機を積極的に発電制御する手段はなか
った。

そこで、本発明は、上記事情に鑑みてなされ、インバー
タの利点を生かしながら負荷変動が大ぎい場合や回転数
変動が広い場合にも安定した電圧を負荷に供給すること
のできる誘導機の発電制御装置を提供することを目的と
する。

［発明の構成］ （問題点を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、第１図に示すよ
うに、誘導Ｉ１１と、インバータ３と、コンデンサ４と
、負荷５と、電圧検出器１０と、電圧指令回路１１、減
算機１３、電圧制御アンプ１４、リミット回路１５から
なる電圧制御回路１６と、インバータ制御回路１７とか
ら構成される電動機の発電制御装置を提供する。

（作用） 誘導機１の回転速度変動や負荷５の変動など何らかの外
乱の影響で負荷５の端子電圧が変化すると、電圧検出器
１０、減算機１３によって電圧指令回路１１との誤差電
圧ｄｖが検出される。電圧制御アンプ１４は誤差電圧ｄ
Ｖを増幅して誘導機１のすべり周波数ｆｓとして出力す
る。回転速度検出器２で検出された回転周波数ｆｒとす
べり周波数ｆｓとの和が誘導機１の一次周波数ｆ１とな
りインバータ制御回路１７を介して誘導機１がインバー
タ３により駆動される。

電圧指令回路１１からの電圧指令値に対して、電圧検出
器１０からの電圧検出値が小さい場合は、誤差電圧ｄｖ
が正となるが、この場合は、電圧制御アンプ１４は、す
べり周波数ｆｓを減少させ、誘導ａ１の発電パワーを増
加させるように制御される。その結果、負荷５の電圧が
増加し、最終的に電圧検出器１０からの電圧検出値は、
電圧指令回路１１からの電圧指令値に追従する。また、
電圧指令回路１１からの電圧指令値に対して電圧検出器
１０からの電圧検出値が大きい場合も、上述のように制
御され、最終的に、電圧指令回路１１からの電圧指令値
に電圧検出値が追従する。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

なお、本実施例においては、従来と同一の構成部分につ
いては同一符号を付し、その説明は省略する。

第２図に示すように、本実施例は、初期励磁回路３０と
、電圧制御回路３１と、インバータ回路３２を有してい
る。ざらに、初期励磁回路３０は、バッテリ４０と、ダ
イオード４１から成り、電圧制御回路３１は、電圧検出
器４２と、電圧指令回路４３と、減算器４４と、電圧制
御アンプ４５と、リミット回路４６とから構成されてい
る。また、インバータ制御回路３２は、加算器４７と、
積分器４８と、正弦波関数テーブル４９と。ヒステリシ
スコンパレータ５０と、三角波発生器５１とから構成さ
れている。イバータ３は、６個のトランジスタ群Ｔ１〜
Ｔ６と、６個のダイオード郡Ｄ１〜Ｄ６とを有している
。

このように構成されたものにおいては、電圧検出器４２
で負荷５の端子電圧を検出６して減算器４４で電圧指令
回路４３からの指令値との誤差電圧ｄｖを検出する。電
圧制御アンプ４５で誤差電圧ｄｖを増幅した結果、誘導
機１のすべり周波数ｆｓが求められる。このすべり周波
数ｆｓはリミット回路４６で一定の限界値ｆｓｍｉｎに
リミットされる。この限界値ｆｓｍｉｎは誘導機１の特
性によって異なる。

回転速度検出器２で検出された回転周波数ｆｒと、すべ
り周波数ｆｓとの和を加算器４・７で求めた結果が誘導
機１の一次周波数ｆ１となる。積分器４８で一次周波数
ｆ１を積分して誘導機１の一次位相Ｑ１を求め、−次位
相Ｑ１を基準に正弦波関数テーブル４９によってインバ
ータ３の電圧基準値Ｖ＊を求める。三角波発生器５１で
得られた基準キャリア三角波信号ＶＣと電圧基準値■　
をヒステリシスコンパレータ５０で比較してパルス幅変
調し、インバータ３の各トランジスタＴ１〜Ｔ６をスイ
ッチングする。

本実施例では、インバータ３は直流側と交流側の電圧比
を制御することはなく、周波数のみを制御するものとす
る。

まず、本実施例によって負荷５の端子電圧がいかに一定
に制御されるかを負荷５が変動した場合と速度が変動し
た場合について説明する。

１、負荷５が変動した場合 第３図で、Ａは端子電圧一定でしかも回転速度一定にし
た場合の誘導機１の発電パワ一対すべり周波数特性を示
している。すべり周波数が正の範囲にあれば誘導機１は
電動機として動作し、発電パワーは負となる。すべり周
波数が負の範囲にあれば誘導Ｉａ１は発電機として動作
し、発電パワーは正となる。すべり周波数がピロに近い
範囲ではすべり周波数の減少にともなって発電パワーが
短調増加する。この特性を応用したものが本実施例の基
本となるものである。すべり周波数が負の範囲である限
界値以下になるとすべり周波数の減少にともなって発電
パワーが減少する。本実施例では、このすべり周波数の
限界値ｆｓｍｉｎより小さなすべり周波数を用いること
はできない。

今、誘導１１がある端子電圧のもとですべり周波数ｆｓ
ａ、パワーｐａで負荷５に安定に電圧を供給しているも
のとする。負荷５の消費パワーがＰａからＰｂに急増す
ると負荷の消費パワーに対して誘導機の発電パワーが不
足して負荷５の電圧が減少する。電圧制御回路３１は負
荷５の電圧の減少を検出するとすべり周波数ｆｓを減少
させ、その結果誘導機１の発電パワーは増加し、最終的
に負荷５のパワーＰｂとバランスするすべり周波数ｆｓ
ｂで安定に運転され、負荷５の電圧も負荷が変動する前
と変わらない。負荷の消費パワーが急減した場合も上述
の説明と同様に電圧制御回路３１が動作して負荷５の電
圧は一定に制御される。

２、速度が変動した場合 第３図で、ＡＳＢは端子電圧一定のもとで異なる回転速
度における誘導機１の発電パワ一対すべり周波数特性を
示している。今、誘導Ｉａ１がある端子電圧のもとです
べり周波数ｆｓａ、パワーｐａで負荷５に安定に電圧を
供給しているものとする。回転速度が変動して誘導機１
の発電パワー対すべり周波数特性がＡからＢに移ったと
すると、すべり周波数ｆｓａでは負荷の消費パワーｐａ
に対して誘導１１１の発電パワーｐａ′が不足して負荷
の電圧が減少する。この場合も電圧制御回路３１はすべ
り周波数を減少させ、最終的には負荷の消費パワーとバ
ランスすべり周波数ｆｓｃで運転され、負荷５の電圧は
回転速度が変動する前と変わらない。

次に電圧指令回路４３からの指令値が変化した場合、本
実施例によっていかに電圧指令回路４３からの指令値に
相応する電圧に負荷の電圧を制御することができるかを
説明する。

今、誘導機１がある端子電圧のもとですべり周波数ｆｓ
ａ、パワーＰａで負荷５に安定に電圧を供給しているも
のとする。電圧指令回路４３がらの指令値を増加させる
と、電圧制御回路３１によって、誘導機１のすべり周波
数ｆｓは減少する。

誘１１１１の発電パワーは負荷５の消費パワーよりも大
きくなるので、パワーの差分はコンデンサ４に蓄えられ
てインバータ３の直流側電圧が上昇し、従って負荷の電
圧も上昇する。最終的に電圧指令回路４３からの指令値
に相応した電圧が負荷に供給される。

このように、本実施例は電圧の変動を検出してすべり周
波数を制御し、負荷の電圧を指令値どおりに制御する、
いわゆるフィードバック制御を原理とするものである。

誘導Ｉａ１の発電制御が確立していないときは、誘導機
１はバッテリー４０の電圧値と、インバータ３の直流側
と交流側との電圧比によって決定される電圧で励磁され
る。インバータ３の直流側電圧がバッテリー４０の電圧
よりも高い場合はダイオード４１は０ＦＦＬ、バッテリ
ー４０からはエネルギーの放出はない。

以上述べたように、実施例によれば、負荷の大ぎさや種
類に関係なく回転数の変動が広い場合に対しても、イン
バータの直流側負荷に任意の安定した電圧を供給するこ
とができる。また、従来例のように負荷に供給する電圧
がパルス状になることもない。本実施例は負荷によって
利用される分野は異なるが、直流電圧発生装置として幅
広い分野で利用することができる。例えば、負荷が抵抗
の場合は負荷の電圧を変えることで制動力が自在に制御
可能な制動装置として利用できる。

ざらに、本発明の他の実施例を第４図を用いて説明する
。

本実施例は先の実施例で、負荷５をインバータ３の交流
側に置き換えたものである。本実施例でも光の実施例と
同様の作用をし、負荷５の大きさや回転数が変動しても
任意の一定電圧を負荷５に供給することができ、交流電
圧発生装置として幅広い分野で利用することができる。

また、インバータ３を用いるので、従来のように回転数
範囲が広い場合にも装置が大型化することはない。特に
、回転数が一定の場合は自家発電用の交流発電装置とし
て容易に実用化できる。本実施例では負荷５に印加され
る電圧はパルス状の波形となるが、正弦波状の電圧を負
荷５に供給するためには、インバータ３と負荷５及び誘
導ｌ１１の間にリアクトルとコンデンサからなるＬＣフ
ィルタを挿入すればよい。ざらに、電解効果トランジス
タ（ＦＥＴ）や絶縁ゲートバイポーラトランジスタ（Ｉ
ＧＢＴ＞−など最近の電力用高速スイッチング素子を用
いてインバータを構成すればＬＣフィルタは小型化でき
る。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明を用いれば、負荷変動が大き
い場合や回転数変動が広い場合に対しても、安定した電
圧を負荷に供給することができる。

この場合、負荷が直流側にある場合は直流電圧発生装置
、交流側にある場合は交流電圧発生装置として広い分野
に利用することができる。また、本発明は、すべり周波
数を制御することにより負荷の電圧を制御することを原
理としているので、回転速度検出器に検出の誤差があっ
たとしても、その誤差はすべり周波数で修正され、負荷
の電圧を制御することに悪影響を与えないという利点を
有する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明を示す概要構成図、第２図は、本発明
の一実施例を示す概要構成図、第３図は、第２図に示し
た一実施例の動作制御原理を示す図、第４図は、本発明
の他の実施例を示す概要構成図、第５図は、従来の電動
機の発電制御装置を示す概要構成図である。 １・・・・・・誘　導　ｌＫ１３・・・・・・インバー
タ４・・・・・・コンデンサ　　　　５・・・・・・負
　荷１０・・・・・・電圧検出器　　　　１１・・・・
・・電圧指令回路１３・・・・・・減　算　器　　　　
１４・・・・・・電圧制御アンプ１５・・・・・・リミ
ット回路　　　１６・・・・・・電圧制御回路１７・・
・・・・インバータ制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. インバータと、このインバータに接続された電動機と、
   前記インバータに接続された負荷と、この負荷の電圧指
   令値と前記負荷の電圧検出値との誤差を増幅した出力で
   、前記電動機のすべり周波数を制御することにより、前
   記負荷の電圧を指令値に追従させる制御手段とを備えた
   ことを特徴とする電動機の発電制御装置。