JP3771163B2

JP3771163B2 - 誘導機の速度制御装置

Info

Publication number: JP3771163B2
Application number: JP2001322164A
Authority: JP
Inventors: 治郎根本; 佳稔秋田; 隆 ▲すけ▼川; 真立川
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-10-19
Filing date: 2001-10-19
Publication date: 2006-04-26
Anticipated expiration: 2021-10-19
Also published as: JP2003134871A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、誘導機の２次電力をチョッパと回生インバータを用いて制御するセルビウス方式を用いた誘導機の速度制御装置に係り、特に大容量の誘導機を可変速制御するのに好適な制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
誘導機の速度制御装置として、例えば、特公平３−４１０２４号公報に記載されているような誘導機の速度制御装置が知られている。図３にこの速度制御装置の回路構成図を示す。図３において、１は交流電源系統、２は巻線形誘導電動機、３は巻線形誘導電動機２の２次電圧を直流に変換する順変換器（ダイオード整流器）である。６は巻線形誘導電動機２に直結された速度検出器で各巻線形誘導電動機の速度を検出し出力する。７は電流検出器で順変換器３の出力電流を検出し出力する。８は速度調節器で、速度検出器６より出力される信号と電流検出器７より出力される信号が入力され、この信号に基づき、自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）４をオンオフする制御信号が演算され出力される。５は逆流阻止用ダイオードで自己消弧型素子４がオフ状態の時に順変換器３の出力電流がコンデンサ９に流れる。１０は巻線形誘導電動機２の２次電力の総合電力を交流電源に回生するための逆変換器（ＩＧＢＴインバータ）、１１は逆変換器用変圧器である。１２は電流検出器で逆変換器１０の出力電流を検出し出力する。１３は電圧検出器でコンデンサ９の端子間の直流電圧を検出し出力する。１４は逆変換器１０の制御装置で、電流検出器１２より出力される信号と電圧検出器１３より出力される信号が入力され、この信号に基づき逆変換器１０の制御信号が出力される。尚、１５は電流高調波を抑制するために付加された直流リアクトルである。
【０００３】
各誘導電動機の速度制御部分の構成について説明する。２１は速度指令発生器であり速度指令を出力する。２２は速度制御器で、速度指令発生器２１の出力である速度指令と速度検出器６より出力される速度検出値が入力され、この信号に基づき電流指令信号が演算され出力される。２３は電流制御器で、速度制御器２２より出力される電流指令信号と電流検出器７より出力される電流検出信号が入力され、この信号に基づき電圧指令信号が出力される。２４はＰＷＭ制御器で、電流制御器２３より出力される電圧指令信号とＰＷＭキャリア信号が入力され、この信号に基づき電圧指令とＰＷＭキャリア信号と比較し、自己消弧型素子４のオンオフ制御信号が出力される。
【０００４】
次に速度制御の概要について説明する。巻線形誘導電動機２の回転速度は、速度検出器６により検出され、速度指令発生器２１からの速度指令信号と共に速度制御器２２に入力され、これにより回転速度は速度指令に一致するように制御される。そして、順変換器３の出力電流は電流検出器７により検出され、速度制御器２２より出力される電流指令信号と共に電流制御器２３に入力され、これにより順変換器３の出力電流は電流指令値に一致するように制御される。電流制御器２３からは電圧指令信号がＰＷＭ制御器２４に入力されており、ここでＰＷＭ制御により自己消弧型素子４をオンオフ制御することで順変換器３の出力電圧を制御し、順変換器３の出力電流を制御する。このように直流電流が制御されるので、巻線形誘導電動機の２次電流、及びトルクは電流指令に比例するように制御され、従って回転速度は速度指令に追従して制御される。
【０００５】
次に回生動作について説明する。コンデンサ９の端子間の直流電圧は、電圧検出器１３により検出され、電圧指令発生器２５からの電圧指令信号と共に電圧制御器２６に入力され、これにより直流電圧は電圧指令に一致するように制御される。そして、逆変換器１０の出力電流は電流検出器１２により検出され、電圧制御器２６より出力される電流指令信号と共に電流制御器２７に入力され、これにより逆変換器１０の出力電流は電流指令値に一致するように制御される。これら電圧制御により、自己消弧型素子４がオンの時に、誘導機の２次側を流れる電流が増加することで配線及び誘導機１のインダクタンスに蓄積したエネルギーは、自己消弧型素子４がオフの時にコンデンサ９に充電されるが、逆変換器１０は、コンデンサ９の電圧を一定に制御することで、コンデンサ９に充電されたエネルギーを電源に回生する。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
上記従来技術においては、大容量の誘導機を駆動する場合、誘導機の２次電圧が高電圧となり、高耐圧の自己消弧型素子でスイッチングすることになるが、この場合誘導機に加わる電圧の脈動幅が大きくなり、また１次側に生じる高調波電流成分が増加する問題があった。この問題を解決するために、例えば特開平９−１３５５８９公報に記載されているような、自己消己型素子を直列に２段接続する速度制御装置が知られている。しかし、特開平９−１３５５８９公報に記載されている速度制御装置では、電圧脈動幅や、電流脈動幅は、上記従来技術の場合と比較し１／２にしかならず、より高電圧の誘導機を駆動する場合、電圧や高調波電流を抑制しきれない問題があった。
本発明の目的は、前記した従来技術の問題点を解消し、電圧と電流の脈動を抑制することを可能とした大容量の誘導機を駆動する速度制御装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するため、本発明は、誘導機の２次側を順変換器及び逆変換器を介して交流電源に接続し、誘導機の２次電力を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う制御装置において、順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトルを介して同一極性で直列に接続された複数の自己消弧型素子と、各々の自己消弧素子に並列にダイオードを介して接続されたコンデンサと、各々のコンデンサの端子間に接続された逆変換器と、各々の自己消弧型素子及び逆変換器をオンオフ動作させて、２次電力を交流電源に回生しつつ速度制御を行う制御手段とを具え、ダイオードは自己消弧型素子の動作がオフの時に順変換器の出力電流をコンデンサに導く方向に接続されていることを特徴とする。
また、自己消弧素子が２直列接続に対し逆変換器を１台の構成にすることを特徴とする。そして、各々の自己消弧型素子のスイッチング位相をずらし、また、各々の逆変換器のスイッチング位相をずらすように制御することを特徴とする。
本発明によれば、自己消弧型素子を直列に複数段に接続することにより、各素子に加わる電圧を多段にした段数分の１に下げることが可能となり、定格電圧の低い素子を用いて高圧の誘導機を駆動することができる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。図１に本発明の一実施形態である巻線形誘導電動機制御装置の回路構成を示す。尚、図１において図３と同一部品には同符号が付してある。
図１において、４ａ〜４ｄは順変換器３の出力端子間に、同一極性で直列に接続された複数の自己消弧型素子（ＩＧＢＴ）である。５ａ〜５ｄは逆流阻止用ダイオード、また、９ａ〜９ｄはコンデンサで各々の自己消弧型素子４ａ〜４ｄに対応して設けられており、自己消弧型素子がオフ状態の時に順変換器３の出力電流がコンデンサ９ａ〜９ｄに流れるように接続されている。１０ａ〜１０ｄは巻線形誘導電動機２の２次電力の総合電力を交流電源に回生するための逆変換器（ＩＧＢＴインバータ）、１１ａ〜１１ｄは逆変換器用変圧器である。１２ａ〜１２ｄは電流検出器で逆変換器１０ａ〜１０ｄの出力電流を検出し出力する。１３ａ〜１３ｄは電圧検出器でコンデンサ９ａ〜９ｄの端子間の直流電圧を検出し出力する。１４ａ〜１４ｄは逆変換器１０ａ〜１０ｄの制御装置で、電流検出器１２ａ〜１２ｄより出力される信号と電圧検出器１３ａ〜１３ｄより出力される信号が入力され、この信号に基づき逆変換器１０ａ〜１０ｄの制御信号が出力される。
本実施形態によれば、自己消弧型素子を直列に多段に構成する回路とすることにより、各素子に加わる電圧を多段にした段数分の１に下げることが可能となり、定格電圧の低い素子を用いて高圧の誘導機を駆動することができる。
【０００９】
図２に本発明の他の実施形態である巻線形誘導電動機制御装置の回路構成を示す。図１とは、自己消弧素子が２直列接続に対し逆変換器（３レベルインバータ）は１台の構成とする点が異なる。本実施形態によれば、図１に対して逆変換器３０ａ〜３０ｄとその制御装置３１ａ〜３１ｄ及び変圧器３２ａ〜３２ｄ及び電流センサ３３ａ〜３３ｄの数が１／２化されるため、低コストに装置が実現できる。
【００１０】
また、その他の実施形態として、図１及び図２において各自己消弧型素子４ａ〜４ｂのスイッチング位相をずらすチョッパキャリア位相設定器と、各逆変換器内の自己消弧型素子のスイッチング位相をずらす逆変換器キャリア位相設定器を設けることができる。本実施形態によれば、直列に接続された自己消弧型素子のスイッチング位相を、リプル成分が減少するようにずらすことにより、誘導機の2次側に発生する電圧や電流の脈動成分を低減することが可能となる。同様に、各々の逆変換器のスイッチング位相を、逆変換器が発生するリプル成分を各々打ち消しあうようにずらすことにより、逆変換器が系統に出力する高調波を抑制することが可能となる。
上記の実施形態は、４個の自己消弧型素子を直列に接続した４段の構成を示しているが、段数に制限はない。
【００１１】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば誘導機の２次側が高圧となる大容量の誘導機を駆動する場合において、自己消弧型素子を直列に多段に構成する回路構成にすることで、低容量の素子を用いて高圧の誘導機を駆動することができる。
また、各々の自己消弧型素子のスイッチング動作により発生するリプル成分が減少するように、各々の自己消弧型素子のスイッチング位相をずらすことにより、誘導機側の電圧、電流の脈動成分を低減することができる。
また、各々の逆変換器のスイッチング動作により発生するリプル成分を打ち消すように、各々の逆変換器のスイッチング位相をずらすことにより、逆変換器から系統に流出する電流の高調波成分を低減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態である巻線形誘導電動機制御装置の回路構成を示す図である。
【図２】本発明の他の実施形態である巻線形誘導電動機制御装置の回路構成を示す図である。
【図３】従来の巻線形誘導電動機制御装置の回路構成を示す図である。
【符号の説明】
１…交流電源系統、２…巻線形誘導電動機、３…順変換器、４…自己消弧型素子、５…ダイオード、６…速度検出器、７…電流検出器、８…速度制御装置、９…コンデンサ、１０…逆変換器、１１…トランス。

Claims

２次電圧が高電圧になる巻線形誘導機の２次側を順変換器及び逆変換器を介して交流電源に接続し、前記巻線形誘導機の２次電力を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う制御装置において、前記順変換器の直流出力端子間に直接またはリアクトルを介して同一極性で直列に多段に接続された複数の自己消弧型素子と、前記各々の自己消弧型素子に並列にダイオードを介して接続されたコンデンサと、前記各々のコンデンサの端子間に接続された逆変換器と、前記各々の自己消弧型素子をオンオフ動作させて、２次電力を前記交流電源に回生しつつ速度制御を行う制御手段とを具え、前記制御手段は前記多段接続された各々の自己消弧型素子のスイッチング位相をずらしてオンオフ動作させることを特徴とする誘導機の速度制御装置。
請求項１記載の速度制御装置において、自己消弧型素子が２直列接続に対し前記逆変換器を１台の構成にすることを特徴とする誘導機の速度制御装置。