JPS5850119B2 - 無整流子電動機の制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は電圧形無整流子電動機の制御装置の改良に関す
るものである。

電圧形無整流子電動機は高力率で運転できる利点を有し
、各種分野に採用することが考えられている。

第１図は従来の電圧形無整流子電動機の一例を示す構成
図である。

第１図において、１は交流電源、２は可変電圧、可変周
波の３相交流を出力するサイクロコンバータで、逆並列
に接続されたサイリスク回路ＵＰ。

ＵＮ、ＶＰ 、ＶＮ、ＷＰ 、ＷＮで構成される。

３はサイクロコンバータ２によって１駆動される同期電
動機で、３相の電機子巻線Ｕ、Ｖ、Ｗと界磁巻線Ｆを有
する。

界磁巻線Ｆは図示しない電源により励磁される。

４は同期電動機３の回転速度を検出する速度発電機、５
は同期電動機３の回転位置に応じた位相で互いに１２０
°の位相差を有する３つの正弦波の位置信号を出力する
位置検出器である。

位置検出器５としては、例えば回転子に取付けた永久磁
石と、固定子の回転子対向面に取付けた３個のホールジ
ェネレータを有する構造のものが用いられる。

正弦波位置信号は回転速度に関係なく一定振幅である。

６は同期電動機３の回転速度を指令する速度指令回路、
７は速度指令回路６の速度指令信号と速度発電機４の出
力信号の偏差に応じて電機子電流の大きさを指令する電
流指令信号を出力する速度制御回路、８は位置検出器５
の位置信号のうちＵ相の位置信号と速度制御回路７の電
流指令信号を掛は合わせ、サイクロコンバータ２の出力
電流（Ｕ相）を制御するための正弦波電流基準信号を出
力する掛算器、９は同期電動機３のＵ相の瞬時電流を検
出する電流検出器、１０は掛算器８と電流検出器９の出
力信号の偏差に応じた電流制御信号を出力する電流制御
回路、１１は電流制御回路１０の出力信号の大きさに従
ってサイリスクの点弧位相を制御する自動パルス移相器
、１２はサイクロコンバータ２のＵ相出力電流の方向に
応じてサイリスク回路ＵＰあるいはＵＮに交互にゲート
信号を与えるゲート回路である。

なお、図にはサイリスク回路ＵＰ、ＵＮに対する制御回
路のみを示し、池のサイリスク回路ＶＰ、ＶＮおよびＷ
Ｐ、ＷＮについても８〜１２と同一の制御回路があるけ
れどもそれらについては、説明を省略する。

かかる構成の動作はよく知られており簡単に説明する。

位置検出器５の位置信号（Ｕ相）と速度制御回路７の電
流指令信号が掛算器８において掛は合わされる。

掛算器８は位置検出器５の位置信号と同位相で、速度制
御回路７の電流指令信号に比例した振幅の交流信号を出
力する。

この交流信号が正弦波電流基準信号となる。

この電流基準信号と電流検出器９の出力信号との偏差を
電流制御回路１０に導き、その偏差に応じた電流制御信
号を自動パルス移相器に加える。

自動パルス移相器１１は電流制御信号に応じて点弧位相
を制御し、ゲート回路１２からサイリスク回路ＵＰある
いはＵＮにゲート信号を与える。

勿論、こめ場合、自動パルス移相器１１はサイリスク回
路のどのサイリスクを点弧するかは交流電源電圧によっ
て決定する。

このような動作によって、サイクロコンバータ２の出力
電流は掛算器８の出力信号である電流基準信号に従う値
に制御される。

すなわち、出力電流の大きさは速度偏差に応じた信号で
ある電流指令信号に比例した値に制御され、また、電流
位相は位置検出器５の位置信号と同位相に制御される。

以上のように制御される結果、同期電動機３は速度指令
信号の速度に制御される。

しかしながら、この従来装置には次のような問題点が存
在する。

すなわち、同期電動機３の運転周波数が比較的高くなる
と、電流制御系の応答遅れによって、正弦波電流基準信
号に対して電機子電流の位相が遅れるようになる。

ところで、位置検出器は位置信号位相が無負荷誘起電圧
と所定位相となるように設けられる。

一般にはトルクを最大にするため同相にしている。

したがって、電流基準信号と電機子電流とに位相差が出
ると力率が低下することになる。

また、位相差は変化するため力率も変化することになる
。

このように、従来装置においては所定力率で運転できず
、その結果としてトルクも変化するという欠点を有して
いる。

この欠点を解決するには、回転速度に比例させて正弦波
位置信号の位相を進めることによって電流制御系の遅れ
を補償することが考えられる。

しかしながら、位相量は単に回転速度だけで変化するの
ではなく、電機子電流や界磁電流によっても変化する。

したがって、単に回転速度だけから一義的に位相量を定
めることはできない。

その結果、必らずしも所定力率で運転できなくな′る。

また、位相量は各電動機毎に設定しなければならずその
調整が面倒という実用上の問題もある。

本発明は上記点に対処して成されたもので、その目的と
するところは常に所定力率で運転できる無整流子電動機
の制御装置を提供することにある。

本発明の特徴とするところは、位置信号と電機子電流の
位相差を検出し、この位相差に応じて正弦波電流基準信
号の位相を調整するようにしたことにある。

以下、本発明を第２図に示す一実施例において詳細に説
明する。

第２図において第１図と同一記号のものは相当物を示し
、１３は位置検出器５の位置信号を移相する移相器、１
４は電流検出器９で検出した各相の電機子電流と位置信
号の位相差を検出する位相差検出回路、１５は位相差検
出回路１４の出力信号によって移相器１３の位相量を制
御する位相制御回路である。

第３図は位相差検出回路１４の具体的回路図である。

この位相差検出回路１４は３相信号（位置信号と電機子
電流）を２相信号に変換する信号変換回路１６．１７お
よび電流分析回路１８により構成される。

この位相差検出回路１４は位置信号に対する電流の同相
成分■８および９００位相を持つ９０°成分■ｂを検出
する点に特徴がある。

第４図はこのベクルト図を示すもので、Ｅ は無負荷誘
起電圧、Ｐは位置検出器５の位置信号、Ｃは掛算８の出
力信号である電流基準信号、■Ｍは電機子電流、■３．
■ｂは電機子電流■Ｍの位置信号Ｐと同相成分と９０°
位相を持つ９００成分である。

また、θは位置信号Ｐと電機子電流■Ｍの位相差、γは
位置信号Ｐと電流基準信号Ｃの位相差である。

このベクトル図に示す如く、本発明は電流基準信号Ｃの
位相を位置信号Ｐの位相よりγだけ進めて、電流制御系
の遅れを防止する。

次に、動作を説明するに、まず位相差検出回路１４を具
体的に説明する。

第３図で、１０１〜１１０は出力信号が入力信号と逆極
性になる演算増幅器、１１１〜１１４は掛算器である。

信号変換回路１６．１７、は次式の演算を行ない、互い
に１２０゜位相差の３相信号を互いに９００位相差の２
相信号に変換する。

この変換は以後の演算を簡単にするためである。

今、３相信号Ｊ１ 、Ｊ２ ｔＪ３をと表わすと、２相
信号ｈ１ すことができる。

ｈ２は次のように表わ この演算により、信号変換回路１６からは２相信号Ｐ１
．Ｐ２が、また信号変換回路１７からは２相信号ｉ１．
ｉ２が出力される。

電流分析回路１８ｃｚ次の演算を行い、位置信号に対す
る電流の同相成分Ｉａおよび９０°および９０°成分Ｉ
ｂを検出する。

２相電流信号ＩＬ＋１２および２相位置信号Ｐ１．Ｐ２
は次式で表わされる。

ここで、■Ｍは電機子電流実効値、θは位置信号と電機
子電流の位相差である。

この（６）〜（９）式から位置信号に対する電流の同相
成分Ｉａと９０゜成分Ｉｂは次のようになる。

以上のような演算を行うことによって時間的に変化する
３相信号から、電機子電流と位置信号の位相差に応じた
一定信号Ｉａ、Ｉｂを得ることができる。

この検出は電流位相の瞬時的な変化までとらえることが
できる。

今、位置信号と電機子電流の位相差θを零で運転するに
は第３図かられかるように、９０°成分Ｉ ｂ＝ｏとす
ればよい。

このとき、位相差検出回路１４の出力信号は９００成分
Ｉｂに比例した信号とする。

位相制御回路１５は位相差検出回路、１４の出力信号に
応じて９０’成分■ｂ＝０となる大きさの移相量信号を
出力する。

第６図に位相制御回路１５の一例を示す。

第６図において、１１５は減算器、１１６は偏差増幅器
、１１７は９０°戒分Ｉｂの指令値を設定する電圧設定
器で、９０°成分Ｉｂ＝０とする場合には設定値は零で
ある。

このようにすると、偏差増幅器１１６は位相差検出回路
１４の出力信号に応じた信号を出力する。

移相器１３は位相制御回路１５の出力信号αに応じて、
位置信号の位相を変化させる。

第７図にその一例を示す。

第７図において、１１８は入力信号αの正弦信号ｓｉｎ
αを出力する正弦波関数発生器、１１９は入力信号αの
余弦信号ωＳαを出力する余弦波関数発生器、１２０〜
１２３は掛算器、１２４は減算器、１２５は加算器であ
る。

いま、位相制御回路１５からの移相信号をαとすれば、
（８） 、 （９）式で示す２相位置信号Ｐ１． Ｐ２
を次の演算によって移相する。

移相量αだけ移相された位置信号をＰ１′、Ｐ２′とす
ればによって求められる。

移相器１３の出力として３相信号が必要な場合には移相
位置信号Ｐ１′、Ｐ２′を２相−３相変換すればよい。

このようにして電流制御回路１０に与える電流位相指令
信号を調整でき、実際の電流の位相は所定位相となる。

次に、電機子電流■ 、の位相差θをある所定の値で運
転する場合には、位相角θを検出する必要がある。

この場合、位相差検出回路１４ではさらに次の演算を行
ない、この信号を出力信号とするとよい。

すなわち、第４図から明らかなようにであるので、割算
器を用いてＩｂ／Ｉａなる演算を行ない、これを位相差
θに比例した信号として出力するとよい。

位相制御回路１５は位相差検出回路１４の出力信号を帰
還信号とし、位相差θを指令する信号との偏差に応じた
信号を出力する。

すなわち、第６図において、電圧設定器１１７に（１２
）式に示すｔａｎθ比例する値を設定すれば、位相差の
設定値と位相差θに比例する信号が偏差増幅器１１６か
ら出力される。

この出力信号により移相器１３で位置信号の位相制御を
行なう。

以上のように、負荷状態にかかわらず同期電動機の電機
子電流位相を所定の値で運転することが可能になる。

その結果、所定力率で運転可能となる。

なお、本実施例では、位置検出器は３相で１２０゜位相
差の３つの信号を出力するものとして説明したが、２相
で９０度位相差の２つの信号を発するものを用いても同
様の効果が得られる。

この場合には、位相差検出回路のなかで、位置信号の相
数を変換する信号変換回路を省略できる。

第５図は本発明の池の実施例を示すもので、同期電動機
３の各相の端子電圧を変圧器１９で検出し、電流の位相
差（この場合は力率角になる）を検出する基準として、
端子電圧を用いていることを特徴とする。

第５図において、１９は変圧器、２０は端子電圧と電機
子電流の位相差を検出する位相差検出回路で、例えば第
３図に示す構成のものが使用される。

２１は位相制御回路１５の出力に応じて端子電圧信号を
移相する移相器で、具体的には第７図に示す構成のもの
が用いられる。

ただし、端子電圧は速度に比例して変化するので次のよ
うにして正規化する。

その一例として、端子電圧の検出値（正弦波信号）をｅ
ｕ、ｅｖ、ｅＷとし端子電圧振幅値の検出値をＥとすれ
ば、 の演算を行い、ｅｕ′〜ｅｗ′を３相位置信号に対応さ
せる。

第５図は位置検出信号を端子電圧からうり出している。

このような構成にすると位置検出器を省略することがで
き、さらに位置検出信号として端子電圧を用いているた
めに、端子電圧と電流の位相差、すなわち力率角を直接
検出できるので、同期電動機３は所定力率の運転をする
ことが可能である。

以上説明したように、本発明によれば、運転状態にかか
わらず、常に所定電流位相の運転を行うことができる。

その結果、常に所定力率で運転可能となる。

なお、上述の実施例では、電機子電流をサイクロコンバ
ータの出力側から検出したが、サイクロコンバータの各
コンバータ（ＵＰ、ＵＮ、ＶＰ。

ＶＮ、ＷＰ、ＷＮ）の入力側あるいは出力側から検出す
ることも可能である。

さらに、正弦波電流基準信号の位相制御は掛算器の入力
側で行ったが、出力側で行うこともできる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置の一例を示す構成図、第２図は本発明
の一実施例を示す構成図、第３図は第２図における位相
差検出回路の詳細回路図、第４図の動作説明用のベクト
ル図、第５図は本発明の池の実施例を示す構成図、第６
図は第２図における位相制御回路の詳細回路図、第７図
は第２図における移相器の詳細回路図である。 符号の説明、１・・・・・・交流電源、２・・・・・・
サイクロコンバータ、３・・・・・・同期電動機、４・
・・・・・速度発電機、５・・・・・・位置検出器、６
・・・・・・速度指令回路、７・・・・・・速度制御回
路、８・・・・・・掛算器、９・・・・・・電流検出器
、１０・・・・・・電流制御回路、１１・・・・・中動
パルス移相器、１２・・・・・・ゲーイ回路、１３・・
・・・・移相器、１４・・・・・・位相差検出回路、１
５・・・・・・位相制御回路。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 交流の周波数変換を行い正弦波出力を生じる周波数
   変換器と、該周波数変換器により駆動される同期電動機
   と、該同期電動機の回転位置に応じた正弦波位置信号を
   発生する位置検出手段と、前記同期電動機の電機子電流
   の大きさと位相を制御する電流制御回路と、前記正弦波
   位置信号と電機子電流の位相差を検出する位相差検出回
   路と、該位相差検出回路で検出した位相差に応じて前記
   正弦波位置信号の移相量を求める位相制御回路と、該位
   相制御回路で求めた移相量に応じて前記正弦波位置信号
   を移相する移相器とを備え、該移相器で移相された正弦
   波位置信号を前記電流制御回路に電流位相指令信号とし
   て与えるようにしたことを特徴とする無整流子電動機の
   制御装置。 ２ 前記位置検出手段は前記同期電動機の端子電圧を検
   出すことを特徴とする特許請求の範囲第１項記載の無整
   流子電動機の制御装置。