JPS5820238B2 - 非同期電動機駆動用インバ−タ回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、インバータを制御する周波数信号発生器、直
流電源を制御する電圧信号発生器、および電圧信号発生
器用制御信号を形成する制御回路が設けられており、こ
の制御回路が、出力信号を電圧信号発生器に供給する比
較器および演算回路を含み、かつこの制御回路に、入力
値として周波数目標値信号、電動機電圧に比例した電圧
測定信号、および中間回路の電流に比例する電流測定信
号が供給され、その際演算回路が、電動機の直流抵抗を
考慮してそれぞれ２つの入力信号から１つの定数によっ
て出力値を形成し、これら信号が、第３の入力信号と共
に比較器に供給される、中間回路インバータを介して給
電される非同期電動機の回転数を制御する装置に関する
。

このような公知の装置（スイス国特許第 ４９８５１７号明細書）において動作点は、分圧器によ
って設定され、この分圧器のタップ電圧は、はぼ給電直
流電圧に比例した値と比較される。

周波数は、給電直流電圧にほぼ比例するように追従する
。

非同期電動機において負荷が変化した際、すべりは、従
って回転速度は変化するので、インパークに供給される
直流電圧およびインパーク周波数を電流の増大と共に増
加するすべり補償が考慮されている。

その際所定の動作範囲内では回転速度は一定に維持され
るが、インバータ周波数、従ってすべり周波数は一定に
はならない。

例えは負荷の増加のため回転子回転速度が低下すると、
インバータ周波数は、実質的に以前の回転子回転速度が
得られている限り上昇する。

しかしインパーク周波数の上昇のためすべり周波数（−
インパーク周波数−ヘルツで測った回転子回転速度）が
増大するとすぐに、固定子巻線の誘導リアクタンス、従
ってここにおける電圧降下が増大する。

その結果インバータまたは電動機の動作電圧も、大きな
負荷で回転速度を一定に維持するため、電流の増加に対
して比例以上の関係で増加しなければならない。

しかし実際には動作電圧は、負荷電流と共に直線的にし
か増加しない。

それにより全動作範囲において回転速度を一定に維持す
ることを困難にする誤差が生じる。

本発明の課題は、一層広い動作範囲でかつ高い精度で電
動機回転速度を一定に維持できる、初め番こ述べたよう
なインバータ回路を提供することにある。

本発明によればこの課題は次のようにして解決される。

すなわち演算回路が、次式またはその変形式によって出
力値を計算し、 その際ｆが周波数目標値信号、Ｅが電圧測定信号、■が
電流測定信号、ｋｌが所望のすべり周波数を考慮した値
、およびに２が固定子巻線の抵抗に相当する定数を表わ
しており、また周波数目標値信号が周波数信号発生器に
も供給される。

この解決策において演算回路内で３つの入力信号は、一
定のインバータ周波数の他に一定のすべり周波数も得ら
れるように互いに関連付けられている。

従って回転速度が一定なだけでなく、電動機の誘導リア
クタンスも一定なので、実質的にすべての制御範囲にわ
たって直線的な状態が得られ、かつそれに応じて高い制
御精度が得られる。

このことは、すべり周波数が設定された動作点に依存し
て変化する場合にもあてはまる。

なぜならインバータに供給される直流電圧は、すべり周
波数の一定維持が負荷に関係な（行われるように制御さ
れるからである。

その結果定格負荷に相当する定格すべりは部分負荷の際
にも得られる。

それにより所望のように回転速度が一定になる。

このすべり周波数は、小さな負荷の際にも空隙磁束をほ
ぼ回転子電流に比例するようにし、従って磁束不足を生
じるようにして一定に維持される。

それにより別の利点が得られる。

すなわち磁束をかなりの程度まで維持してインバータの
周波数を修正するすべり補償の際に生じるような振り子
振動が防止される。

しゃ断の際にも電動機とインバータの間の振動は生じな
い。

それどころかインバータは、すでに回転している電動機
にも接続でき、その後電動機の回転速度をインバータに
よってあらかじめ与えられた値に変化し、その原初めに
停止状態にする必要はない。

さらにそれぞれの負荷状態に対して自動的に最小電力が
設定され、その際高い電圧のための大きな磁気損失も、
大きな電流のための大きな銅損も生じないことは有利で
ある。

それどころか電流電圧が最適値をとるそれぞれの平衡点
が得られる。

なぜなら電流電圧は、あらゆる面から平衡点に近付くか
らである。

例えば電動機が突然強力な負荷にさらされると、すべり
周波数が高くなるので、電流が相応して上昇する。

その結果電圧はさらに高くなるように制御され、再び所
定のすべり周波数が得られるようになる。

しかしその際電流は減少し、それにより電流、電圧に対
して新たな平衡点が設定される。

さらに電動機自体で測定を行う必要はなく、測定信号を
インバータの直前および／または直後から取出すことが
できるということは有利である。

本発明の有利な実施例によれば、演算回路の相応して簡
単な回路が得られる。

なぜなら電動機の主動作範囲において常に同じ値に１を
設定できるからである。

従って設定された周波数において負荷には関係なくすべ
りまたは回転子周波数は一定に保持され、次式があては
まる。

その際■２は電動機回転子内の有効電流、Ｂは空隙磁束
、またｆ２はすべりまたは回転子周波数である。

回転子有効電流■２は固定子有効電流■１によって十分
な精度で代用でき、この固定子有効電流は、例えばイン
パークの前の直流側で測定できることがわかった。

空隙磁束は次式によって十分高精度に表わすことができ
る。

その際Ｕ１は電動機に供給される電圧、■１は電動機に
供給される有効電流、Ｒ１は固定子巻線の純抵抗、また
ｆ□はインバータの周波数である。

電圧Ｕ１はインバータの前後から取出すことができる。

第（１）式と第（２）式からはほぼ次式によって計算さ
れる。

別の実施例において、計算値ｆ′の計算はほぼ次式によ
って行われる。

さらに別の実施例において、計算値Ｉ’の計算はほぼ次
式によって行われる。

別の実施例において、計算値■′の計算はほぼ次式によ
って行われる。

さらに別の実施例において、計算値Ｅ′の計算はほぼ次
式によって行われる。

Ｅ′＝（ｆ −ｋ１＋に２） Ｉ （９）こ
れらすべての場合に定数は、例えば所定の電動機に整合
できるようにするため、本発明の実施例により調節可能
である。

しかしその他の構成は、電動機の定格周波数以上の周波
数にも動作範囲を拡張できるようにするためにも可能で
ある。

本発明の有利な構成によれば、演算回路は、０モーメン
トまたは０モーメントの近くにおいても確実に動作し、
かつそれ故に規定されない状態が生じることはない。

なぜならＯの近くにある電圧値および０の近くにある電
流値を互いに割算しなければならないからである。

別の構成において最大出力値は、接続された電動機の定
格出力に設定できる。

所定の周波数において最大出力を上回る程大きな負荷モ
ーメントが生じると、第２の比較器は、定格出力による
負荷モーメントを達成するまで、入力された周波数に対
してインバータ周波数を低下させるようになっている。

それによりトルク周波数線図にオイテ、電動機が過負荷
にならずに動作できる範囲を区画する出力双曲線が得ら
れる。

第３の比較器によれば、電動機において所定の最大電流
を上回ることはなく、それによりモーメントは電動機電
流の２乗にほぼ比例するので、最大モーメントも検出さ
れる。

別の構成において、給電直流電圧が所定の最大値、通常
は電動機の定格電圧に制限されているが、電動機の定格
周波数以上の動作範囲においてインバータ回路の有利な
特注を拡張することができる。

一定に維持すべきすべり周波数がインバータ周波数の上
昇と共に増加すると、供給すべき電圧の増加なしに電動
機回転速度を負荷モーメントに関係なくかなりの程度ま
で一定に維持することができる。

本発明の有利な実施例によれば、すべり周波数と入力周
波数は確実に同時に変化する。

本発明の有利な実施例において、電動機の全動作範囲に
おいて、定格周波数以上の周波数においてもインバータ
回路の動作は変化しない。

得られる電圧の上部範囲においてだけ、すべりに関する
修正が行われる。

本発明の有利な構成によれば、電圧の限界値を磁化電圧
の所定の一部によって決めることができる。

別の構成において、反転点を下回らない支障ない動作が
保証される。

いくらかの場合において、入力された周波数信号を修正
することにより付加的な作用を有効にすることも有利で
ある。

これら処置により同様に最大電動機電流の超過が防止で
きる。

それ故に第４の比較器は、前記第３の比較器に相当する
。

それにより周波数は強制的に低下させられるので、過負
荷の際の電動機の停動トルクを下回らないようになる。

本発明の有利な構成において、周波数は強制的に高めら
れるので、電動機において所定の最大電圧を越えること
はなくなる。

このことは、最大回転速度における大幅大減速の際に有
利である。

ここでは始動またはトルク変動の際に大幅な加速または
減速が行われると、限界値回路は、動的な動作状態にお
いて初めて動作する。

加速が大きすぎると電動機のすべりは、停動トルクに達
する程大きくなることがある。

大きな減速の際電動機から、インバータに破壊を生じる
程高い電圧が生じることがある。

限界値回路は、入力周波数の修正によって前記の作用を
生じないようにする。

本発明の有利な実施例によれば、第１の比較器において
比較すべき値の減算を行うことができる。

減算結果は、障害を起こすことがある相違に対する尺度
である。

周波数目標値信号は、簡単な分圧器によって調節できる
。

パルス列として入力してもよく、かつＤ／Ａ変換器を介
して演算回路に供給してもよい。

このことは多くの場合望ましい。

なぜならパルスは、直接または簡単な分周を行つて、イ
ンバータのため制御パルスとして使用できるからである
。

ノメルス間隔は周波数に反比例するので、ここにおいて
積分結果は所望の商に相当する。

多くの場合電圧測定装置が、２つの相の間のインバータ
の出力側における電圧を測定し、かつパルスがインバー
タの周波数に相当することは望ましい。

出力側を介して半波が供給されるので、半波内でそれぞ
れの積分が行われる。

この時次の半波が生じるまでの間に、積分結果はメモリ
に転送され、かつ積分器の内容は消去される。

インバータ回路を変化せずに、種々の大きさの出力の電
動機に整合することができる。

インバータの周波数および許容モーメントの上限が制限
されていると、すべり周波数の制限は間接的に行われる
。

本発明の有利な構成により、動作の振り子振動を生じる
ことがあるインバータ電圧の変動を防止するような作用
が掲る。

係数１／に１、従ってすべりが変化した時常に動作しな
がらすべり補償が行われる。

本発明の有利な実施例によれば、すべり周波数の上昇と
共に有効周波数も上昇するので、大体において電動機回
転速度は一定に維持される。

本発明の別の構成によれば、インバータ周波数が高い際
にすべり周波数を高めなければならない時常に、実効モ
ーメント値も増大し、それにより回転速度のさらに広い
範囲にわたってトルクを一定に維持できる。

本発明の有利な実施形において、第３の比較器に供給さ
れる最大モーメント値が可変の加算成分によって設定さ
れた値よりも高められている場合。

インバータの過負荷は防止される。

次に本発明を図面に示す実施例について詳細に説明する
。

第１図を参照するに三相交流回路１は調整可能な整流器
２に給電する。

整流器２は２本の直流導体３および４を介してインパー
ク５に接続されている。

インバータ５の３つの出力導体６には非同期電動機７が
接続されている。

整流器２の出力電圧Ｕ１は電圧調整器８を用いて調整可
能である。

この電圧調整器は電圧調整信号Ｓｕで例えばチョッパを
制御するものである。

調整された直流電圧Ｕ１は電圧測定装置９で測定され、
装置９は電圧測定信号Ｅを発生する。

直流電流■、は電流測定装置１０により測定される。

装置１０は電流測定信号■を発生する。

インバータ５の周波数は該インバータに周波数調整信号
Ｓｆを供給する周波数調整器１１により調整可能である
。

さらに、周波数規定信号ｆを発生する目標値設定装置１
２が設けられる。

制御回路１３において、３つの出カイ直Ｅ、Ｉおよびｆ
は次のように処理される。

即ち、電動機１が一定のすべり周波数または回転子周波
数ｆ２を有するように、電圧調整信号Ｓｕおよび周波数
調整信号Ｓｆが回路を駆動するように処理される。

第２図に示す実施例では、制御回路１３は比較器１４お
よび演算回路１５を備えている。

演算回路１５では、既述の式（６）に従って、電流測定
信号■および電圧測定信号Ｅならびに２つの定数に１お
よびに２から固定数の計算量ｆ′が計算され、これが比
較器１４において、インプットされた設定周波数ｆと比
較される。

電圧調整信号ＳｕＬ、たがってまた直流電圧Ｕ１は上記
２つの値ｆ′およびｆが互いに等しくなるまで変えられ
る。

このようにして、負荷された時点に関係なく、電動機７
の一定のすべり周波数もしくは回転子周波数ｆ２が達つ
せられそれにより一定の回転数が達成される。

ここで定数に１はすべり周波数ｆ２に逆比例しそして定
数に２は電動機７の固定子の巻線インピーダンスに比例
するものである。

第３図に示す実施例では、制御回路１３は比較器１１４
および演算回路１１５を備えている。

この演算回路１１５は電圧測定値Ｅおよび周波数規定値
ｆから既掲の式（７）に従って電流の計算量１′を算出
し、そして該値Ｉ’は比較器１１４において電流測定値
と比較される。

電圧調整信号Ｓｕは、値■およびＩ’が互いに等しくな
るまで調整される。

この場合にもまた所望の一定のすべり周波数が得られる
。

第４図に示す実施例において、制御回路１３には比較器
２１４およσ演算回路２１５が設けられている。

この演算回路は既掲の式（９）に従って電流測定値■お
よび周波数規定値ｆから電圧の計算値Ｅ′を算出するも
のであり、そしてこの算出値Ｅ′は比較器２１４におい
て電圧測定値Ｅと比較される。

電圧調整信号Ｓｕは値ＥおよびＥ′が互いに等しくなる
まで変えられる。

この場合にも所望の一定のすべり周波数が達成される。

第５図は、第２図に示したものに対応する制御回路を示
す。

目標値設定装置にはポテンショメータ１６を備えており
、そのタップ１７は第１の加算抵抗１８を介して増幅器
１９の反転入力端子に接続されている。

さらにこの反転入力端子には、加算抵抗２０を介して計
算量ｆ′が供給される。

増幅器１９の出力端子はダイオード２１を介して電圧調
整器８に接続されている。

演算回路１５は減算回路２２を備えており、この減算回
路には電圧測定信号Ｅが正方向で、そして掛は算素子２
３例えば増幅器を介して値に２・■が負方向もしくは負
極性で供給される。

減算結果は割算回路２５の被除数入力端子２４に印加さ
れる。

除数入力端子２６にはダイオード２７を介して電流測定
信号Ｉが印加される。

この入力端子はさらに第２のダイオード２８を介してポ
テンショメータ２９のタップに接続されている。

該ポテンショメータは最小電流発生器３０の１部を構成
し、電流測定信号■が小さい場合に割算回路２５におい
て除数が零にならないように作用する。

商は抵抗３１を介して演算素子３２、例えば増幅器に印
加され、そこで商は係数１／に１を乗ぜられる。

これにより計算量ｆ′カ得られる。

係数１／に１はスイッチング装置３３によって可変であ
る。

このスイッチング装置は、抵抗３５および３６により形
成された増幅器３２の帰還路に設けられた特殊ポテンシ
ョメータ３４から構成されている。

ポテンショメータ３４のタップ３Ｔは目標値設定装置１
２のタップ１７に機械的に結合されている。

（接続されている電動機の定格周波数に対応して）設定
される周波数を値ｌに変えた場合には、すべり周波数は
変動しない。

定格周波数の１倍値と２倍値との間で、すべり周波数は
１倍値から２倍値に変わり、そしてそれ以上設定周波数
を大きくしてもすべり周波数は２倍値にとどまる。

第６図に示す実施例においては、制御回路１５は第５図
のものと本質的に次の点で異なっている。

即ち、係数１／に１のための演算素子３２が第６図の実
施例では演算素子３８として、被除数入力端子２４に前
置接続されている点である。

この演算素子の増幅率はスイッチング素子３８′を介し
てその入力電圧に依存し切換可能であり、磁化電圧の限
界値が越えられた時には第１１図と関連して説明するよ
うに、すべり周波数ｆ２は１倍値から２倍値へと漸進的
に増大するようになっている。

さらに比較器３９が設けられ、この比較器３９は、増幅
器４０を備えている。

増幅器４０には加算抵抗４１を介して、調節可能なポテ
ンショメータ４２から最大電力値Ｎｍａｘが印加される
と共に加算抵抗４３を介して瞬時電力値が供給される。

なお、該瞬時電力値は電圧測定値Ｅおよび電流測定値■
が供給される掛は算回路４４の出力から得られるもので
ある。

増幅器４０の出力はダイオード４５を介して電圧調整器
８に印加される。

設定値Ｎｍａｘが達つせられると直ちに上記比較器はイ
ンバータ回路の電圧制御を行なう。

別の比較器４６は、増幅器４Ｔを備えており、該増幅器
４７は加算抵抗４８を介して調整可能なポテンショメー
タ４６から最大モーメント値Ｍｍａｘを供給されそして
第２の加算抵抗５０を介して電流測定値■を供給される
。

増幅器４１の出力端はダイオード５１を介して電圧調整
器８に接続されている。

値Ｍｍａ ｘが越えられると直ちにインバータ回路の電
圧制御はこの比較器４６を介して行なわれる。

第７図には演算回路１５の実施例だけが示されている。

回路の残余の部分は第５図または第６図の場合と同様に
実現できる。

この実施例において、割算回路２５の被除数入力端２４
には演算素子５２を介して係数１／に１が乗ぜられた電
圧測定値Ｅが供給される。

電流測定値は、除数入力端子２６に達つし、そして最小
電流発生器３０で修正することができる。

商は減算回路５３に供給され、そこでポテンショメータ
５４に設定できる値に２／に、が減算される。

この演算回路においては、式（５）による計算量ｆ′が
算出される。

第８図は第３図に対応する回路を示す。

目標値設定装置は、インプットされた周波数ｆ’をパル
ス列の形態で発生する。

周波数調整器１１はこれに直接応答する。

ディジクル・アナログ変換器１１６は信号をアナログ電
圧に変換する。

このアナログ電圧は積に、・ｆが形成される演算素子１
１１を介して加算回路１１８に印加され、そしてこの加
算回路で上記績に定数値に２が加えられる。

この定数値に２はポテンショメータ１１９から取出すこ
とができる。

加算結果は割算回路１２１の除数入先端子１２０に印加
される。

該回路１２１の被除数入力端子１２３は電圧測定値Ｅを
供給される。

このようにして、計算量■′が得られる。

この計算量■ｌは加算抵抗１２４を介して比較器１１４
の増幅器１２３の反転入力端子に供給される。

この入力端子にはさらに加算抵抗１２４１を介して電流
測定信号■が供給される。

電流測定信号■は最小電流発生器３０で修正することが
できる。

この回路は、式（７）に従って一定のすべり周波数を求
める。

２つの比較すべき値■および１′はさらに減算回路１２
５にも供給される。

これら仏間の差は２つの逆並列に接続されたツェナーダ
イオードから構成される限界値回路に影響を与える。

この限界値回路は差が小さい時には出力信号を発生しな
いが、差が大きい場合には抵抗１２７を介して比較的大
きな出力信号を加算回路１２８に発生する。

この加算回路において、周波数設定信号ｆは次のように
修正される。

即ち加速または減速が過度に大きい場合に、演算回路に
供給される周波数信号が、測定値から算出された電動機
もしくはモータの周波数に対しその偏差が小さくなる方
向に修正されるのである。

比較器１２９は増幅器１３０を備えており、この増幅器
の反転入力端子には加算抵抗１３１を介してポテンショ
メータ１３２から最大電流値Ｉｍａｘが供給されかつま
た加算抵抗１３３を介して電流測定値■が供給される。

増幅器の出力端子１３０はダイオード１３４および抵抗
１３５を介して加算素子１２８の１つの入力端子に接続
されている。

設定された値Ｉｍａｘが越えられると、修正信号が発生
され、この信号で演算回路に供給された周波数は設定さ
れた目標値ｆに対して減少せしめられる。

更に別の比較器１３６が設けられ、この比較器１３６は
増幅器１３７を有している。

後者の反転入力端子には加算抵抗１３８を介して最大電
圧値Ｕｍａ ｘが調整可能なポテンショメータ１３９か
ら供給されると共に第２の加算抵抗１４０を介して電圧
測定値Ｅが供給される。

増幅器の出力端子は、ダイオード１３４に対し反対の極
性で接続されたダイオード１４１ならびに抵抗１４２を
介して加算回路１２８の１つの入力端子に接続されてい
る。

最大電圧Ｕｍａｘが越えられると、演算回路に与えられ
る周波数が増大するように周波数設定信号の修正が行な
われる。

第９図には、式（８）に従って動作する演算回路１１５
が示されている。

この回路において、電流測定信号■は演算回路１４３で
係数に２を乗ぜられる。

それにより得られる積は減算回路１４４のマイナス入力
端子に印加される。

該回路１４４のプラス入力端子は電圧測定信号Ｅを印加
される。

減算結果は割算回路１４６の被除数入力端子１４５に印
加され、そしてその除数入力端子１４７には周波数設定
信号ｆが供給される。

商は演算素子１４８において係数１／に、を乗ぜられる
。

この結果、計算量■′が得られ、これは比較器１１４に
おいて電流値■と比較される。

周波数設定信号ｆはパルス列として与えられるために、
割算回路１４６は次のように構成される。

即ち、入力１４７を介して印加される２つの相続くパル
ス間で入力１４５に現れる信号を積分器１４９が積分す
るように構成される。

そして、積分結果はその都度メモリ１５０に転送され、
積分過程中にも利用できるようになっている。

メモリへの転送と同時またはその直後に積分器は零にリ
セットされる。

第１０図の回路は第４図のものに対応し、式（９）に従
って動作するものである。

演算回路２１５は掛は算回路２１６を備えており、その
１つの入力端子２１７には抵抗２１９を介してポテンシ
ョメータ２１８から周波数設定値が与えられそして他の
入力端子２２０には最小電流発生器３０によって修正さ
れた電流値■が演算素子２２１を介して供給される。

該演算素子は電流測定値に係数に１を乗する働きをなす
。

積は加算回路２２２の１入力端子に印加され、そして該
加算回路の他の入力端子は電流測定値■が供給される演
算素子２２３の出力端子に接続されており、したがって
この入力端子には積■・ｋ２が印加される。

加算結果は電圧の計算量Ｅ′に対応する。

電圧計算量Ｅ’は加算抵抗２２４を介して、比較器２１
４の増幅器２２５の反転入力端子に印加される。

該反転入力端子には加算抵抗２２６を介して電圧測定信
号Ｅが供給される。

増幅器の出力はダイオード２２７を介して電圧調整器８
を制御する。

演算素子２２１には割算回路２２８が前置接続されてお
り、その被除数入力端子２２９には電流測定値■が印加
される。

通常は、除数入力端子２３０には値「１」が与えられて
いる。

この値「１」は固定抵抗２３１および特殊ポテンショメ
ータ２３２から構成される分圧器から派生されるもので
ある。

目標値設定装置のタップ２３３および特殊ポテンショメ
ータ２３２のタップ２３４は次のような仕方で互いに機
械的に連結されている３即ち、周波数設定値が零と、電
動機の定格周波数との間にある時には除数は値「１」を
取り、そして１倍の定格周波数と２倍の定格周波数との
間にある時には除数は「１」から「２」に増大するよう
な仕方で連結されている。

なお、２倍の定格周波数以上では、除数は「２」にとど
まる。

これは、第５図に示した回路装置の動作に対応するもの
である。

さらに、第２の演算回路２３５が設けられる。

減算回路２３６において電圧測定値Ｅから積■・ｋ２が
減算される。

減算結果は、割算回路２３８の被除数入力端子２３７に
印加される。

該回路２３８の除数入力端子には積■・ｋｌが供給され
る。

したがって、その出力端子には次式で算出される計算量
ｆ“が得られる。

この式は式（６）に対応する。

計算量ｆ“は減算回路２４０において周波数設定値ｆと
比較される差は、限界値回路１２６に対応する限界値回
路２４１の入力信号として用いられる。

回路２４１の出力値は抵抗２４２を介して加算回路２４
３に供給され、その結果測定値から算出された周波数ｆ
“が実際に入力もしくは設定された周波数ｆから過度に
大きな差を有している場合には、周波数設定値ｆが修正
される。

第１１図には、増幅器として構成された演算素子３８の
動作特性曲線が示されている。

入力値Ｅ−Ｉ・ｋ２は磁化電圧に対応する。

電動機周波数が高くすべり周波が一定である場合には、
この磁化電圧はインバータ入力に現れる最大電圧を越え
るので、一定のすべり周波数はｌＯＯ％Ｅｍａｘで表わ
した定格電圧（限界値Ｇ）の直ぐ下のレベルまで維持さ
れる。

次いで入力値１００％Ｅ ｍａ ｘに出力値１００％Ｅ
が対応するように修正がなされる。

この結果、すべり周波数はこの上方の電圧領域において
変動することになる。

第１２図には、最小電流発生器３０の動作ダイヤグラム
が示されている。

電流測定値■したがってまた電動機実効電流■１は曲線
Ａに沿って値「零」に接近すると、最小電流発生器３０
が曲線Ｂで示すように信号発生を行なう。

したがって、演算回路において用いられる値■ｋｏｒｒ
は、例えば近似的に５％の最小モーメントに対応する２
２％の予め定められた値よりも低くなることはない。

第１３図は第６図に示したインバータ回路のモーメント
−周波数−動作ダイヤグラムである。

動作領域は電動機の定格電圧ｆｌｎｅｎｎ （７） ０
すいし３００％の周波数に亘る。

全動作領域において最小電流発生器３０は有効である。

この理由から領域０は調整のために用いられない。

定格周波数の零％と約１００％との間では、回転モーメ
ントは水平直線Ｍ＝１００％によって制限されるに過ぎ
ない。

これはポテンショメータ４９の設定により実施される。

直線Ｍ＝１００％と領域Ｏとの間にある各動作点では、
各任意のモーメントに対して、設定周波数ｆおよび係数
１／に１で選択されたすべり周波数により決定される一
定の電動機回転数が得られる。

１００％と２００％の間の周波数領域においてこの関係
は曲線ｆ２−１００％まで維持することができる。

モーメントがさらに大きくなると、高い磁化電圧が現わ
れ、演算素子３８を第１１図に示すように切換える。

この結果、モーメントが大きくなるとすべり周波数は漸
次２倍値まで増大することになる。

この場合、上限として、ポテンショメータ４２により設
定されている最大電力Ｎｍａｘが有効となり双曲線Ｎ＝
１００％が発生される。

したがって電動機はほぼ２００％ないし３００％の周波
数領域において駆動することができ、この場合にも先に
述べたものと同じ関係が当嵌る。

すべり周波数がさらに大きくなると、脱出トルクが下廻
われるので上限は単に曲線ｆ２＝１００％によって規定
される。

以上の説明から明らかなように、インバータ回路を用い
れば、電動機は、極めて大きな周波数範囲および極めて
大きなモーメント範囲、即ち第１３図において白色領域
りに亘り、モーメントに左右されることなく、一定の回
転数で駆動することができ、そしてまたすべり周波数を
２倍値にすることにより、高い周波数でも領域Ｅにおい
て駆動が可能である。

例えば第５図に示したものに対応する第１４図のダイヤ
グラムにおいて、上限は第１３図のダイヤグラムにおけ
る上限と同じである。

しかしながら周波数設定ポテンショメータ１６と機械的
に連結されたポテンショメータ３４が用いられているた
めに上側の限界曲線より下方では異なった状態が生ずる
。

定格周波数までは差異は存在しない。約１００ないし２
００％の周波数範囲においてすべり周波数は周波数増加
に比例して増大する。

２００係と３００係との間では２倍のすべり周波数は一
定である。

この例では各周波数設定信号ｆに対して一定のすべり周
波数が相関されているので、許容できる全べてのモーメ
ントにおいて設定された回転数からの偏倚は生じない。

本発明によるインバータ回路を用いれば、一定の回転数
において極めて高い精度が達成できる。

通常の非同期電動機において、各設定された回転数は零
から全員荷時回転モーメントの全負荷範囲内で±０．５
係の公差以下で最大回転数の１０係まで一定に保持する
ことができる。

第１５図の回路によれば、さらに高い要件が満たされる
。

この回路は、大部分の構成が第６図の回路に対応するも
のであるので、対応する要素は同じ参照符号を以って示
した。

しかしながら、第１５図の回路は、さらに別の回路要素
を含んであり、そして図示を明瞭にする意図から数個の
回路要素は機能ブロックで示し、これらブロック内に記
載された座標において入力信号は横軸にそして出力信号
は縦軸に盛られている。

電流測定信号■の電路には可変の増幅率Ａを有する増幅
器５５が接続されている。

これによりインバータ回路が唯一つの所定の電動機容量
に対して設計されている場合でも異なった容量の電動機
をこのインバータ回路に接続することが可能となる。

インバータ回路の定格電力よりも小さい定格電力を有す
る電動機を接続する場合には、小型電動機の全負荷電流
は大型電動機の部分負荷電流に対応することになる。

したがって、小型電動機は全負荷時に界磁下足となりそ
してまた部分負荷時には過度の界磁不足になる。

この結果、望ましくない大きなすべり周波数が生じそし
て電動機の脱出トルクが越えられる可能性がでてくる。

しかして、このような不利点は増幅器５５における増幅
率Ａを大きくすることによって止揚することができるる
ためには、増幅率Ａを単に２倍にするたけで良い。

その場合にはインパーク回路の全べての動作は１の電動
機電流で行なわれることになる。

電流信号は時定数素子５６特にＲＣ素子を介して演算回
路１５に供給される。

例えば０．２秒であるこの素子の時定数は、インバータ
電流の成る程度存在することが避けられない脈動が演算
回路１５において作用しないようにする働きをなす。

特にインバータの周波数は、この電流脈動の影響下で変
動することは無い。

この時定数はまたインバータ回路が新しい動作点に移行
する際の速度にも影響を及ぼす。

したがって、この時定数は電流脈動が抑圧されそして新
しい動作点への移行が迅速に行なわれるように選択され
る。

この選択は容易である。

電圧測定値Ｅは演算回路１５ばかりではなく、帯域ｐ波
器５７にも印加される。

この帯域沖波器は直流成分は通さないが、しかしながら
周波数に依存して交流電圧成分は通過せしめる。

この交流電圧成分は帯域ｐ波器５７の出力信号を形成し
そして混合器段５８で電流測定信号と同じ極性で比較器
４６に印加される。

帯域ろ波器は、調整可能な整流器２において通例である
ようにｐ波回路の共振周波数に同調するのが好ましい。

このようにすれば例えば回転モーメント制御において急
激な負荷変動において現れる後続の電動機の振動もしく
はイクスカーションを回避することができる。

このような振動は電圧変動により特に顕著になるからで
ある。

交流電圧成分は負帰還量として作用する。

この調整においては、電動機の最大電流は越えられては
ならないので、別の比較器５９が設けられて、その出力
はダイオード６０を介して残余の比較器１４，３９およ
び４６の出力端子と接続されている。

この比較器は減算回路６１を備えており、この減算回路
には電流測定信号■が印加されると共に、分圧器６２か
ら不変の基準信号が最大許容電流値Ｉｍａｘとして供給
される。

この比較器５９はしたがって、最大電流が越えられた時
に電・圧調整信号Ｓｕの制御を司どる。

電動機のすべり周波数は、極端な条件下においても脱出
トルクが下回らない程に大きく選ばれるべきではない。

このことは一般に実際のすべり周波数が定格すべり周波
の３倍よりも大きい時に生する。

すべり周波数と回転モーメントとの間には。非線形関係
が存在し、そしてこれは演算回路において処理するのに
大きな技術的費用を要求するので、すべり周波数はほぼ
２倍の定格すべり周波数に制限するのが好ましい。

しかして、これは例えば切換可能な増幅器３８．３８’
を相応に構成することによって実現することができる。

本回路側においては周波数設定信号ｆが所与の限界値を
越えることを阻止する制限回路６３によって間接制限が
行なわれる。

最大周波数が回路６３によりそして最大負荷が比較器５
９により確定される場合には、逆にすべり周波数が所与
の限界値を越えることができない。

このことはまた、付加的なすべり補償が設けられる場合
にも当嵌る。

すべり補償信号発生器６４が切換可能な増幅器３８と同
じ入力量即ち値Ｅ−■・ｋ２により制御される。

第１１図と関連しての説明で、成る限界値Ｇにおいて切
換可能な増幅器３８で係数１／に１が変えられることを
想起され度い。

この限界値Ｇに達つするまですべり補償発生器６４はす
べり成分補償信号５ｋ＝Ｏを発生する。

限界値Ｇが越えられると、信号Ｓｋは連続的に増大する
。

したがって、信号Ｓｋはすべり周波数に関連する係数１
／に１が大きくなった時、例えば２倍になった時にのみ
有効になる。

ポテンショメータ６５において、第１のすべり成分信号
Ｓｋ１が取出され、そして加算回路を有する混合段６６
において周波数設定信号ｆに重畳される。

この結果、増幅器３８により、すべり周波数が連続的に
減少される場合に、インバータの周波数は連続的に増大
せしめられる。

斯くして高い回転数定数が得られる。

すべり成分信号Ｓｋと同じにすることができる第２のす
べり成分信号Ｓｋ２は増幅器６７に印加される。

この増幅器６７は２つの増幅特性曲線［および■を有す
る。

ポテンショメータ４９に設定される最大モーメント値Ｍ
ｍａｘが小さい値である場合には、増幅特性曲線Ｉが当
て嵌り、そして高いモーメント値である場合には特性曲
線■が当嵌る。

出力値は加算回路６８において最大モーメント値に加え
られる。

この結果、最大許容負荷に等しくない最大モーメント値
が設定された時には常に、第１６図と関連して説明する
ように、設定された最大モーメントは大きな回転数範囲
に亘って一定に保持することができる。

第１６図においては、第１３図の場合と同様に、インバ
ータ周波数ｆ１に関連してモーメントＭが図示しである
。

最大モーメントが１００．７５および５０％に設定され
た場合の３つの異なった駆動状態が図解されている。

これ等の曲線には、定格周波数より上側では１００．８
７および７１係の電力双曲線Ｎが対応する。

図から明らかなように、１００％以下のモーメント設定
においては所与の周波数ｆ□より上方でモーメントはモ
ーメント余裕が存在する場合にも減少する。

これは設定されたモーメント値Ｍにすべり補償信号Ｓｋ
２を重畳し、その場合重畳をすべり周波数ｆ２と同期し
て行なうことにより実現される。

この重畳により延長されたモーメント直線Ｍ’およびＭ
“が得られ、これから、例えば５０％の設定されたモー
メントを定格周波数の２倍値まで維持できることが理解
される。

電力双曲線の急峻な部分と交差する大きなモーメントに
おいては、小さいモーメントにおけるよりも大きなすべ
り補償のための付加量が必要である点に注意されたい。

これには増幅器６７の２つの増幅特性曲線Ｉおよび■が
考慮される。

増幅率を設定モーメントＭｍａｘで連続的に変えること
により一層高い精度が得られることは明らかである。

２００係のｆ のインバータ周波数ｎｅｎｎ における制限は制限回路６３による作用である。

以上に説明した回路は単なる実施例に過ぎない。

演算回路は別の仕方で実現することができる。

例えば割算回路の代りに掛は算回路を使用し除数を逆数
値として印加することができる。

１つの出力値を直接比較器に印加する代りに、この出力
値を演算回路で処理して、２つの中間結果を相互比較す
ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明によるインバータ回路を示すブロックダ
イヤグラム、第２図ないし第４図は制御回路の３つの実
施例を示すブロックダイヤグラム、第５図ないし第１０
図は制御回路の６つの実施例を詳細に示す回路図、第１
１図は切換可能な増幅器の動作ダイヤグラム、第１２図
は最小電流発生器の動作ダイヤグラム、第１３図は、第
６図、第７図、第８図および第９図に示した回路の回転
モーメント−周波数ダイヤグラム、第１４図は第５図ま
たは第１０図の回路の回転モーメント−周波数ダイヤグ
ラム、第１５図は追加の回路要素を備えた第６図のもの
に対応する回路の機能ダイヤグラム、そして第１６図は
第１３図のものに対応するダイヤグラムである。 １３・・・・・・制御回路、１５，１１５，２１５゜２
２１．２３５・・・・・・演算回路、３２．３Ｂ 、５
２゜１１７．１４８，２２１・・・・・・演算素子、１
８゜２０．４１．４３，４８，５０・・・・・・加算抵
抗、２５．１４６，２４，２２８・・・・・・割算回路
、２４０゜５３．２２，１１４，１２５・・・・・・減
算回路、１２８゜６６．６８・・・・・・加算回路、１
１・・・・・・周波数発生器、１９．１４，１２９，１
３６，５５，４６，４７゜４０．１９，６７・・・・・
・増幅器、１４，３９，４６゜１１４・・・・・・比較
器、３３．３８・・・・・・切換素子、１２・・・・・
・目標値設定装置、３４・・・・・・帰還結合抵抗、３
８′・・・・・・−切換素子、１２６，２４１・・・・
・・限界値回路、１１６・・・・・・ディジタル−アナ
ログ変換器、１４９・・・・・・積分器、１５０・・・
・・・記憶装置、９・・・・・・電圧測定装置、５・・
・・・・インバータ、１０・・・・・・電流測定装置、
１７・・・・・・タップ、５６・・・・・・時定数素子
、６３・・・・・・制御回路、２・・・・・・整流器、
５７・・・・・・帯域沢波器、６４・・・・・・補償信
号発生器、４２・・・・・・インバータ回路、６・・・
・・・出力導体、７・・・・・・非同期電動機、８・・
・・・・電圧調整器、２７，２８，４５，５１・・・・
・・ダイオード、２６・・・・・・除数入力端数、１６
゜２９．３４，４２，４６・・・・・・ポテンショメー
タ、３０・・・・・・最小電流発生器、３５ 、３６・
・・・・・抵抗、１７．３７・・・・・・タップ、２４
・・・・・・被除数入力端子、４４・・・−・・掛は算
回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ インバータを制御する周波数信号発生器、直流電源
   を制御する電圧信号発生器、および電圧信号発生器用制
   御信号を形成する制御回路が設けられており、 この制御回路が、出力信号を電圧信号発生器に供給する
   比較器および演算回路を含み、かつこの制御回路に、入
   力値として周波数目標値信号、電動機電圧に比例した電
   圧測定信号、および中間回路の電流に比例する電流測定
   信号が供給され、その際演算回路が、電動機の直流抵抗
   を考慮してそれぞれ２つの入力信号から１つの定数によ
   って出力値を形成し、これら信号が、第３の入力信号と
   共に比較器に供給される、中間回路インバータを介して
   給電される非同期電動機の回転数を制御する装置におい
   て、 演算回路１５，１１５，２１５が、次式またはその変形
   式によって出力値を計算し、 その際ｆが周波数目標値信号、Ｅが電圧測定信号、■が
   電流測定信号、ｋｌが所望のすべり周波数を考慮した値
   、およびに２が固定子巻線の抵抗に相当する定数を表わ
   しており、また周波数目標値信号が周波数信号発生器に
   も供給されることを特徴とする、非同期電動機駆動用イ
   ンバータ回路。 ２ 値に０が、定格回転数以下の電動機動作範囲の少な
   くとも大部分にわたって一定に維持される、特許請求の
   範囲第１項記載の回路。 ３ 演算回路１１５が、周波数目標値信号に比例する値
   （ｆ−ｋｌ）と一定値（ｋ２）を加算する加算回路１２
   ８、および被除数として電圧測定信号Ｅをまた除数とし
   て加算回路出力値を供給される割算回路１２１を有する
   （第８図）、特許請求の範囲第１項記載の回路。 ４ 演算回路１１５が、電圧測定信号Ｅから電流に比例
   した値（■・ｋ２）を引く減算回路１４４、および被除
   数として減算回路出力値また除数として周波数目標値を
   供給される割算回路１４６を有し、また被除数入力端子
   の前または割算回路出力端子の後に、係数１／に１を導
   入する演算素子が接続されている（第９図）、特許請求
   の範囲第１項記載の回路。 ５ 演算回路２１５が掛算回路２１６を有し、この掛算
   回路に周波数目標値信号ｆおよび電流測定信号■が供給
   され、これら信号のうち一方に第１の定数に１が掛けら
   れ、また演算回路が加算回路２２２を有し、この加算回
   路において掛算結果と第２の定数に２倍された電流測定
   信号■が加算される（第１０図）、特許請求の範囲第１
   項記載の回路。 ６ 最小信号発生器３０が設けられており、この最小信
   号発生器が、測定された電流の値の小さい際にこの電流
   測定信号■を所定の最小値に維持する、特許請求の範囲
   第１項記載の回路。 ７ 目標値入力装置１２の出力端子に、第４の比較器１
   ２９の出力端子が接続されており、この比較器が、調節
   可能な最大電流値１ｍａｘを電流測定信号■と比較し、
   かつ電流測定信号が最大電流値を越えた場合、周波数目
   標値信号ｆを低下させる、特許請求の範囲第１項記載の
   回路。 ８ 目標値入力装置１２の出力端子に、第５の比較器１
   ３６の出力端子が接続されており、この比較器が、調節
   可能な最大電圧値Ｕｍａｘを電圧測定信号Ｅと比較し、
   かつ電圧測定信号が最大電圧値を越えた場合、周波数目
   標値信号ｆを低下させる、特許請求の範囲第１項記載の
   回路。 ９ 目標値入力装置１２の出力端子に、限界値回路１２
   ６，２４１の出力端子が接続されており、一方の出力値
   と対応する計算値との間の差が所定の限界値を越えた場
   合、この限界値回路が、この差を小さくするように周波
   数目標値信号ｆを変化させる、特許請求の範囲第１項記
   載の回路。 １０ 限界値回路１２６の前に減算回路１２５が接続さ
   れており、この減算回路に、第１の比較器１１４におい
   て比較すべき両方の値が供給される、特許請求の範囲第
   １項記載の回路。 １１ 第２の演算回路２３５が設けられており、この
   演算回路が、電圧測定信号Ｅと電流測定信号■から、周
   波数計算値ｆ“を計算し、また限界値回路２４１の前に
   減算回路２４０が接続されており、この減算回路に、周
   波数目標値信号ｆと周波数計算値信号ｆ“が供給される
   、特許請求の範囲第９項記載の回路。 １２ 限界値回路１２６，２４１が、逆並列に接続さ
   れた２つのダイオード、特にツェナダイオードを有する
   、特許請求の範囲第９項記載の回路。 １３ 周波数目標値信号ｆが、パルス列として入力さ
   れ、かつＤ／Ａ変換器１１６を介して演算回路１１５に
   供給される、特許請求の範囲第１項記載の回路。 １４ 周波数目標値信号ｆが、パルス列として割算回
   路１４６に供給され、このパルス列の周波数が、インバ
   ータの周波数に相当し、また割算回路が積分器１４９を
   有し、この積分器が、連続する２つのパルスの間に電圧
   測定信号Ｅを積分し、またメモリ１５０が、その都度最
   後の積分結果を特徴する特許請求の範囲第４項記載の回
   路。 １５ 電流測定装置１０に、調節可能な増幅度Ａを有
   する増幅器５５が付属しており、この増幅器が電流測定
   信号■を特徴する特許請求の範囲第１項記載の装置。