JPS6292783A - Controller for inverter of synchronous motor - Google Patents

Abstract

PURPOSE:To improve the starting characteristics of a synchronous motor while reducing the capacity of an inverter by changing over the switching frequency of the inverter at the time of starting and at the time of stationary operation. CONSTITUTION:When a starting switch 14 is closed, an acceleration limiting circuit 12 transmits a reference signal from a frequency setter 13 over a frequency reference circuit 10 and a voltage reference circuit 11, giving a predetermined rising rate. A VF waveform generator 8 synchronizes a frequency reference and a voltage reference, and outputs a VF wave signal. A comparator 7 compares the VF wave signal and carriers, and outputs a switching signal for an inverter 3. The carriers of carrier frequency f2 from a carrier generating circuit 9a select the carriers of carrier frequency f1(f2>f1) from a carrier generating circuit 9b after a fixed time passes or when an entering to synchronism is detected on starting.

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分計〕 本発明は同期電動機のインバータ制御装置に関する。[Detailed description of the invention] [Technical analysis of the invention] The present invention relates to an inverter control device for a synchronous motor.

〔発明の技術的背景とその問題点〕[Technical background of the invention and its problems]

従来のパルス幅変調（以下ＰＷＭと言う）制御インバー
タにより、同期電動機を駆動する場合には、次の様な問
題点があった。When driving a synchronous motor using a conventional pulse width modulation (hereinafter referred to as PWM) controlled inverter, there are the following problems.

即ち、同期電動機を始動する場合には、一般に非同期運
転から起動するため、同期運転時よりも小さいインピー
ダンスとなり、また、ＰＷＭ制御においては高調波電圧
が含まれるため、起動時にはその定格電流に比して大き
な電流が流れることになる。この電流を流すためのイン
バータの容量は、その同期電動機の容量に比して大きな
ものとなり不経済となる。また、インバータ容量を小さ
くした場合には、電流制限機能が働くため、電圧と同じ
周波数成分の電流が小さくなり、同期引込みトルクを大
きく得ることができない。このため、同期運転時の定格
電流を充分に流せるインバータであっても、同期電動機
を起動させ同期に引込むことは難しい。In other words, when starting a synchronous motor, it is generally started from asynchronous operation, so the impedance is smaller than during synchronous operation.Also, since PWM control includes harmonic voltage, the impedance is smaller than its rated current at startup. A large current will flow. The capacity of the inverter for passing this current is larger than the capacity of the synchronous motor, making it uneconomical. Furthermore, when the inverter capacity is reduced, the current limiting function works, so the current with the same frequency component as the voltage becomes small, making it impossible to obtain a large synchronous pull-in torque. For this reason, even if the inverter can flow a sufficient rated current during synchronous operation, it is difficult to start the synchronous motor and bring it into synchronization.

この電流値が大きくなるのは、インバータの出力電圧が
高調渡分を含むためであり、起動時の同期電動機のイン
ピーダンスの時定数が電圧パルス幅に比べて短い場合に
特に顕著となる。This current value becomes large because the output voltage of the inverter includes a harmonic component, and this becomes particularly noticeable when the time constant of the impedance of the synchronous motor at startup is shorter than the voltage pulse width.

上記不具合を取り除くだめには、高調波成分を小さくす
るために、パルス幅（スイッチング周波数）を小さく（
高く）シＰＷＭを行なえば良いが、現在用いられている
インバータの制御整流素子（ＧＴＯ，ＧＴＩ’Ｌ）では
、スイッチング周波数が大きくなるとその損失が増える
ために１その増加量は制限される。また、現在のインバ
ータではスイッチング周波数は連続運転が可能な様にス
イッチング周波数の上限を決定している。In order to eliminate the above problem, the pulse width (switching frequency) should be reduced (
However, in the control rectifying elements (GTO, GTI'L) of currently used inverters, the loss increases as the switching frequency increases, so the amount of increase is limited. Furthermore, in current inverters, the upper limit of the switching frequency is determined so that continuous operation is possible.

〔発明の目的〕[Purpose of the invention]

本発明は上記の様な同機電動機の起動時に発生する問題
点を改善するために為されたもので、同期電動機をイン
バータで起動する時の電流値を抑え、適正なインバータ
容量で、同期電動機を起動。The present invention has been made in order to improve the problems that occur when starting the synchronous motor as described above.It suppresses the current value when starting the synchronous motor with an inverter, and operates the synchronous motor with an appropriate inverter capacity. boot.

運転できる同期電動機のインバータ制御装置を提供する
ことを目的とする。An object of the present invention is to provide an inverter control device for a synchronous motor that can be operated.

〔発′明のＷｔ要〕[Wt key points of invention]

本発明は上記目的を達成するために為されたもので、イ
ンバータのスイッチング周波数を起動から同期までは、
制御整流素子の連続スイッチング周波数より高いスイッ
チング周波数でスイッチングを行ない、同期を検出した
後は、連続スイッチング周波数に落として運転を行ない
、同期電動機起動から同期に入るまでの電流を小さくす
ることを目的とした起動用スイッチング周波数発生器を
もつことを特徴とした同期電動機のインバータ制御装置
である。The present invention was made to achieve the above object, and the switching frequency of the inverter from startup to synchronization is
Switching is performed at a switching frequency higher than the continuous switching frequency of the control rectifier, and after synchronization is detected, operation is performed at a continuous switching frequency, with the aim of reducing the current from the synchronous motor startup to the time it enters synchronization. This is an inverter control device for a synchronous motor, characterized by having a switching frequency generator for starting.

〔発明の実施例〕[Embodiments of the invention]

本発明の一実施例を第１図に示す。整流器ＩＫより交流
電力を直流電力に変換し、逆変換器（以下インバータと
言う）３にて直流電力を可変電圧、可変周波数電力に変
換し、同期電動機４に給電する。上記の主回路を構成す
るインバータ３に対する制御信号は、次の様に与えられ
る。即ち、起動信号を与える起動スイッチ１４によって
、周波数設定器１３の基準信号を周波数基準に上昇レー
トを与える加速制限回路１２に入力する。加速制限回路
１２の出力はインバータ３の出力する周波数電圧を与え
る周波数基準回路１０及び電圧基準回路１１に入力され
、両者の出力を合成し、インバータ３の出力する電圧９
周波数波形を合成するＶＦ波形発生器８に入力される。An embodiment of the present invention is shown in FIG. A rectifier IK converts AC power into DC power, an inverter (hereinafter referred to as an inverter) 3 converts the DC power into variable voltage, variable frequency power, and supplies power to a synchronous motor 4. A control signal for the inverter 3 constituting the above main circuit is given as follows. That is, the reference signal of the frequency setter 13 is inputted to the acceleration limiting circuit 12 which provides an increase rate based on the frequency by the start switch 14 which provides a start signal. The output of the acceleration limiting circuit 12 is inputted to a frequency reference circuit 10 and a voltage reference circuit 11 that provide a frequency voltage output from the inverter 3, and the outputs of both are combined to obtain the voltage 9 output from the inverter 3.
The signal is input to a VF waveform generator 8 which synthesizes frequency waveforms.

ＶＦ波形発生器８の出力は、キャリア発生回路９ａ、あ
るいは、キャリア発生器９ｂの出力と比較器７で比較さ
れ、比較器７はインバータ３のスイッチング信号を発生
する。比較器７の出力は切換デッド・タイム回路６に入
力され、その出力はインバータ３へのスイッチング信号
を与える。一方、比較器７で比較されるキャリアは以下
の通り選択される。起動スイッチ１４により起動され、
一定時間後に作動するオン・ディレィタイマ１５と、起
動後、同期電流レベルを設定する同期電流レベル設定器
１８のレベルに対し電流検出素子５により検出された電
流が小さくなった場合に同期に入ったことを検出して出
力を作動する同期検出回路１６の出力条件の論理和をと
り、出力する論理和回路ｔ７に入力される。論理和回路
１７の出力が不動作の場合には否定回路１９により、キ
ャリア発生回路９ｂの出力がキャリア周波数として選択
され、論理和回路１７の出力が動作の場合にはキャリア
発生回路９ａの出力がキャリア周波数として選択され、
比較器７′＼出力される。The output of the VF waveform generator 8 is compared with the output of the carrier generator 9a or 9b by a comparator 7, and the comparator 7 generates a switching signal for the inverter 3. The output of comparator 7 is input to switching dead time circuit 6, the output of which provides a switching signal to inverter 3. On the other hand, the carriers to be compared by the comparator 7 are selected as follows. Started by the start switch 14,
Synchronization is entered when the current detected by the current detection element 5 becomes smaller than the level of the on-delay timer 15, which operates after a certain period of time, and the synchronous current level setter 18, which sets the synchronous current level after activation. The output conditions of the synchronization detection circuit 16 which detects this and activates the output are logically summed and input to the logical sum circuit t7 which outputs the result. When the output of the OR circuit 17 is inactive, the output of the carrier generation circuit 9b is selected as the carrier frequency by the NOT circuit 19, and when the output of the OR circuit 17 is active, the output of the carrier generation circuit 9a is selected. selected as carrier frequency,
Comparator 7'\ outputs.

前記の構成によって次の様な作用が発生する。The above configuration produces the following effects.

キャリア発生回路９ａ、９ｂのキャリア８波数をそれぞ
れｆ、、ｆ２とすると ｆｔ＞ｆｔ の様に設定しておく、キャリア周波数ｆｔハインバ−夕
３が連続運転可能なスイッチング周波数であり、キャリ
ア周波数ｆ２は短時間の間、インバータ３が運転可能な
スイッチング周波数である。同期電動機４が起動から同
期に入るまでは、キャリア周波数ｆ２で運転されるため
、第３図で示す様に、キャリア周波数ｆ１で運転した場
合の電圧■及び電流工の波形が第２図に比べて、脈動（
リップル）が小さくなり、瞬時の電流レベルが小さくな
っている。このため、同期電動機は同期に入り易くなり
、また、インバータの電流容量は小さく選定できる。こ
の特性は同期電動機４が同期に入るまでは非同期インピ
ーダンスが作用し、同期運転時に比して非常に小さいイ
ンピーダンス、及び短い時定数をもつことに起因する。Letting the carrier 8 wave numbers of the carrier generation circuits 9a and 9b be f, , f2, respectively, the carrier frequency ft is set as ft>ft.The carrier frequency ft is the switching frequency that allows continuous operation, and the carrier frequency f2 is This is the switching frequency at which the inverter 3 can be operated for a short period of time. Since the synchronous motor 4 is operated at the carrier frequency f2 from startup to synchronization, as shown in Fig. 3, the voltage ■ and current waveforms when operating at the carrier frequency f1 are different from those in Fig. 2. The pulsation (
Ripple) is smaller, and the instantaneous current level is smaller. Therefore, the synchronous motor can easily enter into synchronization, and the current capacity of the inverter can be selected to be small. This characteristic is due to the fact that an asynchronous impedance acts until the synchronous motor 4 enters synchronization, and has a much smaller impedance and a shorter time constant than during synchronous operation.

スイッチング周波数をキャリア周波数ｆ、とすると、キ
ャリア周波数ｆ、の時に比ベインバータのスイッチング
損失が増大するが、この様に起動時のみに限定して匝用
すれば、過負荷耐量以内で抑えることが可能である。ま
た、同期運転に入らなかった場合には起動後の経過時間
（インバータ３をキャリア周波数ｆｔで運転した場合の
過負荷耐量時間）でｓ　ｆ２→ｆ、に切換えてインバー
タ３を保護する。If the switching frequency is a carrier frequency f, the switching loss of the specific vane inverter increases when the carrier frequency is f, but if it is used only at startup in this way, it can be suppressed within the overload tolerance. It is possible. Further, if the synchronized operation is not started, the inverter 3 is protected by switching from s f2 to f at the elapsed time after startup (the overload tolerance time when the inverter 3 is operated at the carrier frequency ft).

同期電動機は同期に入った後は起動時に比べて電流は著
しく減少するので、インバータ容量は起動時の容量を満
たすもの、即ち、起動時の電流をキャリア周波数ｆ、に
切替えることによって小さくすることが可能となるので
、小さいものを選定できる。After a synchronous motor enters synchronization, the current decreases significantly compared to when it starts, so the inverter capacity can be reduced to meet the capacity at start-up, that is, by switching the current at start-up to the carrier frequency f. Therefore, you can select a smaller one.

尚、第４図に於てＦは周波数、Ｐは加速完了点、Ｍは・
同期点、Ｎは同期電動機の回転数を示す。In Fig. 4, F is the frequency, P is the acceleration completion point, and M is...
The synchronization point, N, indicates the rotation speed of the synchronous motor.

〔発明の効果〕〔Effect of the invention〕

以上説明に示した様に、インバータのスイッチング周波
数を起動時と定常運転時に切替えることによって、同期
電動機の起動特性を改善すると共に、インバータ容量を
小さく選定することが可能となる。As described above, by switching the switching frequency of the inverter between startup and steady operation, it is possible to improve the startup characteristics of the synchronous motor and to select a small inverter capacity.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第１図は本発明の一実施例を示すインバータ制御装置の
構成図、第２図乃至第４図は第１図を説明する特性説明
図である。 １　整流器　　　　　２・・・コンデンサ３・・インバ
ータ　　　４・・・同期電動機５　・電流検出素子　　
６・切換デッド・タイム回路７・・比較器　　　　　８
・・ＶＦ’波形発生器９ａ−キャリア発生回路　９ｂ−
・キャリア発生回路１０・・・周波数基準回路　１１・
・電圧基準回路１２・・・加速制限回路　　１３・・周
波数設定器１４　・起動スイッチ １５・・オンディレィ・タイマ回路 １６・同期検出回路　　Ｉ７・・・論理和回路１８・・
同期電流設定器　１９・否定回路代理人　弁理士　　則
　近　憲　佑 同　　　　　　三　　俣　　弘　　文 第１図 時間− 第２図 時間− 第３図 第４図FIG. 1 is a configuration diagram of an inverter control device showing one embodiment of the present invention, and FIGS. 2 to 4 are characteristic diagrams explaining FIG. 1. 1 Rectifier 2... Capacitor 3... Inverter 4... Synchronous motor 5 - Current detection element
6. Switching dead time circuit 7. Comparator 8
...VF' waveform generator 9a-carrier generation circuit 9b-
・Carrier generation circuit 10...frequency reference circuit 11・
- Voltage reference circuit 12... Acceleration limiting circuit 13... Frequency setter 14 - Start switch 15... On-delay timer circuit 16 - Synchronization detection circuit I7... OR circuit 18...
Synchronous current setting device 19・Negation circuit agent Patent attorney Nori Ken Chika Yudo Hiroshi Mitsumata Figure 1 Time - Figure 2 Time - Figure 3 Figure 4

Claims (1)

【特許請求の範囲】 次の各構成要素からなる、同期電動機のインバータ制御
装置。 （イ）商用交流電力を整流して直流電力に変換する順変
換装置 （ロ）この順変換装置の直流出力回路に接続された制御
整流素子によつて、前記直流電力を可変周波数可変電圧
の交流電力に逆変換する逆変換装置 （ハ）この逆変換装置の周波数を設定する周波数設定器 （ニ）この周波数設定器の基準入力に対し、周波数を時
間的に滑らかに上昇させる加速制限回路 （ホ）この加速制限回路の出力に従い、周波数、電圧基
準を発生させるＶ／Ｆ波形発生器 （ヘ）前記逆変換装置によつて駆動される同期電動機が
同期に入ることを検出し、キャリア発生回路を選択する
同期検出回路 （ト）起動時用のキャリア周波数を発生する第１のキャ
リア発生回路及び通常運転時用のキャリア周波数を発生
する第２のキャリア発生回路 （チ）前記同期検出回路により選択された前記第１又は
第２のキャリア発生回路の出力と、前記Ｖ／Ｆ波形発生
器の出力を比較し、前記逆変換装置の制御整流素子を切
換デッド・バンド回路を経由して点弧するパルス幅変調
制御回路[Claims] An inverter control device for a synchronous motor, comprising the following components. (a) A forward converter that rectifies commercial AC power and converts it into DC power. (b) A control rectifier connected to the DC output circuit of this forward converter converts the DC power into an AC of variable frequency and variable voltage. (c) A frequency setter that sets the frequency of this inverse converter (d) An acceleration limiting circuit (ho) that smoothly increases the frequency over time with respect to the reference input of this frequency setter. ) A V/F waveform generator that generates a frequency and voltage reference according to the output of this acceleration limiting circuit. A synchronization detection circuit to be selected (g) A first carrier generation circuit that generates a carrier frequency for startup and a second carrier generation circuit that generates a carrier frequency for normal operation (h) A synchronization detection circuit selected by the synchronization detection circuit. a pulse that compares the output of the first or second carrier generation circuit and the output of the V/F waveform generator, and fires a controlled rectifier of the inverter via a switched dead band circuit; Width modulation control circuit