JPH08223960A - セルビウス制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 セルビウス制御装置の平滑コンデンサの容量
を低減し信頼性を高める。 【構成】 誘導電動機の２次回路に接続されたコンバー
タ２と、その出力をスイッチング素子１９でチョッピン
グするチョッパ回路３と、その出力に接続されたチョッ
パダイオード４と、その出力を平滑する平滑コンデンサ
６と、平滑コンデンサ６の両端電圧を所定値に制御する
回生インバータ７とを備えるセルビウス制御装置で、電
圧設定値Ｖrefとコンデンサ６両端電圧Ｖfbとから電圧
制御器１２が電流制御器１１に出力する電流指令Ｉref
を、チョッパダイオード４の出力側電流を検出器５で検
出しこれを平滑して生成した信号Ｉd2で補償し、この補
償した信号で制御指令を生成して、回生インバータ７の
スイッチング素子２０を駆動する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ポンプやファン等のい
わゆる２乗負荷を駆動する誘導電動機の２次回路の起電
圧を制御して速度制御を行うセルビウス制御装置に係
り、特に、平滑コンデンサに流れるリップル電流を抑制
するのに好適なセルビウス制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】誘導電動機の２次電圧を制御して電動機
の可変速制御を行う装置として、２次回路に整流素子を
用い、その出力である直流電圧をサイリスタ変換器によ
り電源に回生するいわゆる静止セルビウス装置や、２次
回路に整流素子を用い、その出力である直流電圧をチョ
ッパ回路と回生インバータ回路で制御するセルビウス装
置等がある。

【０００３】尚、従来技術に関連するものとして、例え
ば特開平１−２８３０７８号がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、セ
ルビウス装置の２次回路容量が、誘導電動機の２次回路
電圧と電流で決まるため、容量に見合った変換器が必要
となる、また、サイリスタを用いた変換器では、原理的
に転流失敗現象を避けられないという問題や、始動用の
抵抗器を必要とする問題がある。また、チョッパ回路と
回生インバータで直流電圧を制御する装置では、チョッ
パ回路と回生インバータ回路の中間に平滑用のコンデン
サが必要となり、このコンデンサは通常リップル電流に
弱いので大容量のコンデンサを用意しなければならない
という問題等がある。

【０００５】本発明の目的は、チョッパ回路と回生イン
バータの中間に設ける平滑コンデンサの容量を低減し、
信頼性の高いセルビウス制御装置を提供することにあ
る。

【０００６】

【課題を解決するための手段】上記目的は、誘導電動機
の２次回路に接続されたコンバータと、該コンバータの
出力をスイッチング素子でチョッピングするチョッパ回
路と、該チョッパ回路の出力に接続されたチョッパダイ
オードと、該チョッパダイオードの出力を平滑する平滑
コンデンサと、該平滑コンデンサの両端電圧を所定値に
制御する回生インバータと、該回生インバータの出力電
流から電流フィードバック指令Ｉfbを生成する手段と、
前記チョッパダイオードの出力側電流を検出する電流検
出手段と、前記平滑コンデンサの両端電圧を検出する電
圧検出手段と、前記所定値を与える電圧設定値Ｖrefか
ら前記電圧検出手段の検出値Ｖfbを減算した値に対し比
例積分演算を行って電流指令Ｉrefを生成する手段と、
前記電流検出手段の検出した電流を平滑した電流Ｉd2を
生成する手段と、前記電流指令Ｉrefから前記電流Ｉd2
及び前記フィードバック指令Ｉfbとを減算して補償信号
を生成する手段と、該補償信号に基づいて前記回生イン
バータのスイッチング素子に駆動信号を出力するドライ
バ回路とを備えることで、達成される。

【０００７】上記目的はまた、誘導電動機の２次回路に
接続されたコンバータと、該コンバータの出力をスイッ
チング素子でチョッピングするチョッパ回路と、該チョ
ッパ回路の出力に接続されたチョッパダイオードと、該
チョッパダイオードの出力を平滑する平滑コンデンサ
と、該平滑コンデンサの両端電圧を所定値に制御する回
生インバータと、該回生インバータの出力電流から電流
フィードバック指令Ｉfbを生成する手段と、前記コンバ
ータの出力電流を検出する電流検出手段と、前記誘導電
動機の速度を検出する速度検出手段と、速度設定器の設
定値と前記速度検出手段で検出した検出値とに基づいた
速度指令を出力する手段と、該速度指令と前記電流検出
手段の検出値とから通流率信号を生成し出力する手段
と、該通流率信号に基づいて前記スイッチング素子を駆
動する制御信号を生成して出力する手段と、前記電流検
出手段の検出値と前記通流率信号とから信号Ｉd2を生成
する手段と、前記平滑コンデンサの両端電圧を検出する
電圧検出手段と、前記所定値を与える電圧設定値Ｖref
から前記電圧検出手段の検出値Ｖfbを減算した値に対し
比例積分演算を行って電流指令Ｉrefを生成する手段
と、該電流指令Ｉrefから前記信号Ｉd2及び前記フィー
ドバック指令Ｉfbとを減算して補償信号を生成する手段
と、該補償信号に基づいて前記回生インバータのスイッ
チング素子に駆動信号を出力するドライバ回路とを備え
ることで、達成される。

【０００８】

【作用】セルビウス制御装置は、通常は、平滑コンデン
サの両端電圧を所定値に制御すべく電圧設定値Ｖrefか
ら該両端電圧の検出値Ｖfbを減算した値に対し比例積分
演算を行って電流指令Ｉrefを生成する手段（電圧調整
器）を備えるが、この電圧調整器の動作速度が遅いた
め、平滑コンデンサのリップルが大きくなってしまう。
そこで、本発明では、チョッパダイオードの出力電流を
平滑化して信号Ｉd2を生成し、またはコンバータ出力電
流と通流率信号とから信号Ｉd2を生成し、この信号Ｉd2
で電流指令Ｉrefをフィードフォワード的に補正する。
これにより、平滑コンデンサのリップルは小さくなり、
平滑コンデンサの容量は小さくて済むようになる。

【０００９】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面を参照して説
明する。図１は、本発明の一実施例に係るセルビウス制
御装置の構成図である。誘導電動機１の２次回路はコン
バータ２に接続されている。コンバータ２はその出力回
路がチョッパ回路３に接続され、チョッパ回路３の出力
はチョッパダイオード４に接続されている。チョッパダ
イオード４の出力は回生電流検出器５を介して平滑コン
デンサ６に接続され、平滑コンデンサ６は回生インバー
タ７に接続されている。回生インバータ７の出力電流は
回生トランス９を介して出力される。この回生インバー
タ７の出力電流は、負荷電流検出器８により検出され
る。

【００１０】誘導電動器１の速度を検出する速度検出器
１８は、検出信号を速度制御器１６に送出し、速度制御
器１６は、この検出信号と設定器１７の設定値とから生
成した速度制御信号をマイナー制御を行う電流制御器１
５に送出する。電流制御器１５は、コンバータ２の出力
電流検出値と速度制御器１６の出力信号とに基づいて制
御信号を生成し、これをドライブ回路１４に電圧指令と
して渡し、ドライブ回路１４がチョッパ回路３のスイッ
チング素子１９を駆動する。

【００１１】一方、電圧制御器１２は、設定器１３の基
本電圧指令Ｖrefと平滑コンデンサ６の電圧検出値Ｖfb
より制御指令Ｉrefを生成して電流制御器１１に出力す
る。マイナー制御を行う電流制御器１１は、この制御指
令Ｉrefと、回生電流検出器５の検出値と、負荷電流検
出器８の検出値とに基づいて電圧指令を生成してドライ
ブ回路１０に渡し、ドライブ回路１０が回生インバータ
７のスイッチング素子２０を駆動する。

【００１２】ここで、電流制御器１１は、回生電流を電
圧制御出力である電流指令より速く動作させる補償信号
を作るが、その動作について、図２を参照して以下説明
する。図２は、電流制御器１１回りの詳細構成図であ
る。尚、回生インバータ７のスイッチング素子２０は、
基本的に電圧制御でコントロールされる。

【００１３】設定器１３からの電圧指令Ｖrefは、平滑
コンデンサ６の電圧が一定値となるように与えられる。
電圧制御器１２は、この電圧指令Ｖrefと、平滑コンデ
ンサ６の電圧フィードバック値Ｖfbとを突き合わせる。
電圧調整器２３は、通常の比例積分制御を行い、電流指
令Ｉrefとして出力する。負荷電流検出器８の検出電流
値は、検出回路２５を通して電流フィードバック値Ｉfb
として取り込まれ、電流指令Ｉrefは、このフィードバ
ック値Ｉfbと突き合わせられる。チョッパ回路３のスイ
ッチング素子１９を流れる電流をＩs、チョッパダイオ
ード４を流れる電流をＩdとする。電流Ｉdは回生電流検
出器５で検出され、検出回路２１及び平滑回路２２を介
して電流Ｉd2となる。そして、電流指令Ｉrefから、フ
ィードバック値Ｉfbとこの電流Ｉd2とが減算されて、補
償信号３０が生成される。電流調整器２４は、この補償
信号３０に基づいてドライブ回路１０に制御指令を送
り、ドライブ回路１０はこの制御指令に基づいて回生イ
ンバータ７のスイッチング素子２０をオンオフ制御す
る。

【００１４】ここで、回生電流Ｉdは、平滑コンデンサ
６に流れ込み、平滑コンデンサ６の両端の電圧を上昇さ
せる。その結果、電圧調整器２３の作用により閉ループ
制御され、回生インバータ７のスイッチング素子２０を
介して電源に回生される。この時の平滑コンデンサ６に
流れ込む電流すなわちリップル電流は、電圧調整器２３
の応答速度により決定される。通常の制御に於ては、こ
の電圧調整器２３の応答速度は約５０rad/s であり、こ
れは２０msに相当する。これは、この２０ms間に平滑コ
ンデンサ６に電流が流れ込むことを意味する。従って、
例えば、制御器の演算速度など種々の制約により電圧調
整器２３の応答に限界がある場合、電圧調整器２３の見
掛け上の応答を速めると、平滑コンデンサ６に流れ込む
リップル電流を減じることが可能となる。

【００１５】上述した電流Ｉd2は、回生電流補償信号と
して機能する。すなわち、Ｉrefの信号を直接制御する
ことにより、電流調整器２４の応答で決まる時間で回生
インバータ７のスイッチング素子２０を制御可能とな
る。通常、電流調整器２４の制御応答は、２００〜３０
０rad/sであるため、その応答時間は、約３〜５msとな
る。従って、電圧調整器２３で制御する場合と比較し
て、４〜７倍の速さとなり、平滑コンデンサ６に流れる
電流Ｉcのうちリップル電流は、速さに応じて１／４〜
１／７になる。

【００１６】図３に、電流Ｉs，Ｉd及びスイッチング素
子１９の駆動パルス※Ａと電流Ｉd2の関係を示す。駆動
パルス※ＡはON／OFFを繰り返すが、ONでチョッパ回路
３に電流が流れ、OFFでチョッパダイオード４に電流が
流れる。従って、電流Ｉs，Ｉdは、図３の如くなる。電
流Ｉd2は、電流Ｉdを平滑回路２２に通した結果であ
る。電流Ｉd2を使用することにより、通常の電圧調整器
２３による制御より速く、回生インバータ７を回生運転
することが可能となる。これにより、平滑コンデンサ６
に流れる電流Ｉcの変動幅は小さくなる。図４に、本発
明を適用したセルビウス制御装置における回生電流Ｉd
と平滑コンデンサ６の電圧Ｖcと平滑コンデンサ６の電
流Ｉcのシミュレーション結果の一部を示す。また、図
５に、比較のために、従来のセルビウス制御装置のシミ
ュレーション結果を示す。

【００１７】本実施例は、上述した様に、回生電流Ｉd
から回生補償信号Ｉd2を生成し、この回生補償信号Ｉd2
でフィードフォワード的に電流指令Ｉrefを補正するの
で、平滑コンデンサ６のリップルが小さくなり、コンデ
ンサ容量を低減することができる。

【００１８】図６は、本発明の第２実施例に係るセルビ
ウス制御装置の構成図である。本実施例では、チョッパ
回路３の制御信号を用いて補償信号３０を作成してい
る。コンバータ電流検出器２９の出力信号は、コンバー
タ電流３１として補償信号演算回路２７にも入力され
る。一方、電流制御器１５からドライブ回路１４に出力
される通流率信号２８は、チョッパ回路３のスイッチン
グ素子１９をＯＮする時間として表されるが、これも補
償信号演算回路２７に入力される。

【００１９】図７に、スイッチング素子１よの駆動パル
ス２６、チョッパ電流Ｉs、チョッパダイオード電流Ｉ
d、及び、コンバータ電流３１の関係を示す。駆動パル
ス２６のＯＮ／ＯＦＦ周期は１／Ｔであり、そのうちＯ
Ｎ時間をＴ1と表すと、コンバータ電流Ｉcc（３1）とチ
ョッパダイオード電流Ｉdとの関係は、 （ＴーＴ1）／Ｔ＝Ｉd／Ｉcc で表される。

【００２０】従って、今通流率をＫで表すと、 Ｋ＝Ｔ1／Ｔ となる。電流制御器１５から出力されるこの通流率信号
Ｋ（２８）を用いて、補償信号３０（Ｉd2）を Ｉd2＝（１−Ｋ）＊Ｉcc として演算する。そして、この補償信号３０（Ｉd2）を
電流制御器１２に与える。電流制御器１２は、この補償
信号Ｉd2と、前述したＩref，Ｉfbとから制御指令を生
成してドライブ回路１０に与え、ドライブ回路１０がこ
の制御指令に基づいてスイッチング素子２０をオンオフ
制御する。

【００２１】

【発明の効果】本発明によれば、セルビウス装置におい
て、回生インバータの動作を電圧調整器のみに比べ速く
することが可能となり、その結果平滑コンデンサのリッ
プル電流を減じることが可能となり、平滑コンデンサの
容量を低減出来る。このため、平滑コンデンサを並列に
設ける個数を減少でき、部品点数が少なくなって信頼性
も向上する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例に係るセルビウス制御装置
の構成図である。

【図２】図１に示す電流制御器１１回りの詳細構成図で
ある。

【図３】回生電流信号の波形図である。

【図４】図１に示すセルビウス制御装置のシミュレーシ
ョン結果の一部を示す図である。

【図５】図４と比較する従来のセルビウス制御装置のシ
ミュレーション結果の一部を示す図である。

【図６】本発明の第２実施例に係るセルビウス制御装置
の構成図である。

【図７】図６における回生電流信号の波形図である。

【符号の説明】

１…誘導電動機、２…コンバータ、３…チョッパ回路、
４…チョッパダイオード、５…回生電流検出器、６…平
滑コンデンサ、７…回生インバータ、８…負荷電流検出
器、９…回生トランス、１０…ドライブ回路、１１…電
流制御器、１２…電圧制御器、１３…基本電圧指令、１
４…ドライブ回路、１５…電流制御器、１６…速度制御
器、１７…速度設定器、１８…速度検出器、１９…スイ
ッチング素子、２０…スイッチング素子、２１…検出回
路、２２…平滑回路、２３…電圧調整器、２４…電流調
整器、２５…電流検出回路、２６…駆動パルス、２７…
補償信号演算回路、２８…通流率信号、２９…コンバー
タ電流検出器、３０…補償信号、３１…コンバータ電
流。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 誘導電動機の２次回路に接続されたコン
   バータと、該コンバータの出力をスイッチング素子でチ
   ョッピングするチョッパ回路と、該チョッパ回路の出力
   に接続されたチョッパダイオードと、該チョッパダイオ
   ードの出力を平滑する平滑コンデンサと、該平滑コンデ
   ンサの両端電圧を所定値に制御する回生インバータと、
   該回生インバータの出力電流から電流フィードバック指
   令Ｉfbを生成する手段と、前記チョッパダイオードの出
   力側電流を検出する電流検出手段と、前記平滑コンデン
   サの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前記所定値を
   与える電圧設定値Ｖrefから前記電圧検出手段の検出値
   Ｖfbを減算した値に対し比例積分演算を行って電流指令
   Ｉrefを生成する手段と、前記電流検出手段の検出した
   電流を平滑した電流Ｉd2を生成する手段と、前記電流指
   令Ｉrefから前記電流Ｉd2及び前記フィードバック指令
   Ｉfbとを減算して補償信号を生成する手段と、該補償信
   号に基づいて前記回生インバータのスイッチング素子に
   駆動信号を出力するドライバ回路とを備えることを特徴
   とするセルビウス制御装置。
2. 【請求項２】 誘導電動機の２次回路に接続されたコン
   バータと、該コンバータの出力をスイッチング素子でチ
   ョッピングするチョッパ回路と、該チョッパ回路の出力
   に接続されたチョッパダイオードと、該チョッパダイオ
   ードの出力を平滑する平滑コンデンサと、該平滑コンデ
   ンサの両端電圧を所定値に制御する回生インバータと、
   該回生インバータの出力電流から電流フィードバック指
   令Ｉfbを生成する手段と、前記コンバータの出力電流を
   検出する電流検出手段と、前記誘導電動機の速度を検出
   する速度検出手段と、速度設定器の設定値と前記速度検
   出手段で検出した検出値とに基づいた速度指令を出力す
   る手段と、該速度指令と前記電流検出手段の検出値とか
   ら通流率信号を生成し出力する手段と、該通流率信号に
   基づいて前記スイッチング素子を駆動する制御信号を生
   成して出力する手段と、前記電流検出手段の検出値と前
   記通流率信号とから信号Ｉd2を生成する手段と、前記平
   滑コンデンサの両端電圧を検出する電圧検出手段と、前
   記所定値を与える電圧設定値Ｖrefから前記電圧検出手
   段の検出値Ｖfbを減算した値に対し比例積分演算を行っ
   て電流指令Ｉrefを生成する手段と、該電流指令Ｉrefか
   ら前記信号Ｉd2及び前記フィードバック指令Ｉfbとを減
   算して補償信号を生成する手段と、該補償信号に基づい
   て前記回生インバータのスイッチング素子に駆動信号を
   出力するドライバ回路とを備えることを特徴とするセル
   ビウス制御装置。