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JPH0612954B2 - 同期電動機の制御方法 - Google Patents

同期電動機の制御方法

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Publication number
JPH0612954B2
JPH0612954B2 JP59250106A JP25010684A JPH0612954B2 JP H0612954 B2 JPH0612954 B2 JP H0612954B2 JP 59250106 A JP59250106 A JP 59250106A JP 25010684 A JP25010684 A JP 25010684A JP H0612954 B2 JPH0612954 B2 JP H0612954B2
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JP
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current
acceleration
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昭彦 黒岩
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P2207/00Indexing scheme relating to controlling arrangements characterised by the type of motor
    • H02P2207/05Synchronous machines, e.g. with permanent magnets or DC excitation
    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
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  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
  • Control Of Motors That Do Not Use Commutators (AREA)
  • Motor And Converter Starters (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 〔発明の技術分野〕 本発明は、負荷転流を行うサイリスタモータドライブシ
ステムの低速領域の運転特性を改善することができる同
期電動機の制御方法に関する。
〔発明の技術的背景とその問題点〕
サイリスタモータドライブシステムは同期電動機を可変
速運転するモータドライブシステムとして各分野に採用
されている。特に、この手段は、同期電動機の逆起電圧
を利用してサイリスタモータのインバータの負荷転流を
行うため、主回路構成が簡単で主回路の高電圧化も容易
で高効率運転ができるから、大容量電動機の可変速運転
に最適である。
このサイリスタモータドライブシステムの従来例の構成
を第3図に示す。
第3図において、11は動力を供給する入力交流電源、
12は入力交流を直流に変換する制御整流器、13は直
流を平滑する直流リアクトル、14は直流を所要周波数
の交流に変換するインバータ、15は負荷の同期電動
機、16は同期電動機15の速度基準を出力する速度設
定器、17は同期電動機15の界磁の位置を検出する位
置検出器、17Aは位置検出器17の出力信号を速度信
号に変換する、例えばF−V変換器等でなる変換器、1
8は速度基準と実速度信号との偏差を比例積分して電流
指令を出力する速度制御器、19は同期電動機15の電
流を制御する電流制御器、20は電流検出器、21は制
御整流器12の出力を調整する位相制御器、22はイン
バータ14の出力電圧の転流位相のβ角を制御しながら
転流指令を出力するβ制御器、23は所定速度以下で電
流指令を強制的に零にする電流断続指令器、24は速度
設定器16から出力される速度基準の変化率を制限する
加減速制限器である。
このドライブシステムの概要を説明しておく。
入力交流電源11の交流電力を制御整流器12によって
直流電力に変換し、この直流電力を直流リアクトル13
で平滑し、インバータ14で直流電力を可変周波数の交
流電力に逆変換する。この逆変換した交流電力を同期電
動機15に供給して同期電動機15を可変速運転する。
同期電動機15の速度基準は速度設定器16で設定し、
加減速制限器24によって変化率が制限された速度基準
とし、この速度基準と変換器17Aによって変換された
同期電動機15の実速度信号とを速度制御器18で比較
し、その偏差を比例積分演算し、この速度制御器18か
ら電流指令を出力する。この電流指令と電流検出器20
の検出信号とを電流制御器19で比較し、その偏差に比
例積分演算を施し、位相制御器21を介して制御整流器
12の出力する直流電力を調整する。
この直流電力を増加すれば同期電動機15は発生トルク
が増加し増速し、直流電力を減少すれば逆に発生トルク
は減少し増速率は減少する。同期電動機15が所定速度
以上で運転されるとき、同期電動機15の逆起電圧によ
り負荷転流が可能となり電流断続指令器23は断続指令
を出力しない。従って、β制御器22が位置信号によっ
てインバータ14の転流タイミング(β角)を制御し、
インバータ14は同期電動機15の逆起電圧を利用して
負荷転流を行う。
以上説明したように同期電動機15の速度制御を行う
が、同期電動機15の低速領域では逆起電圧が低いた
め、インバータ14は低速運転領域で前記する負荷転流
を行うことができない。このため、このような低速運転
領域では電流断続指令器23から電流断続指令が出力さ
れインバータ14の転流タイミングごとに電流制御器1
9の電流指令を強制的に零に制御し、これにより制御整
流器12の出力する直流電流を零に制御し、インバータ
14の電流も転流タイミングごとに零にして、順次この
ような動作を繰り返しながら同期電動機15を加速す
る。このような転流方法をサイリスタモータドライブシ
ステムでは断続始動と呼び、定格速度の約10%速度以
下で断続始動を一般的に使用している。
この断続始動時の直流リアクトル13を流れる直流電流
波形を第4図(a)に、この時の同期電動機15の発生
トルクを第4図(b)に図示する。
同期電動機15の始動直後のように運転速度が低い時に
は、直流電流を零に絞っている期間は通電期間より十分
短く相対的に無視できる。例えば、第4図(a)で時刻
11より時刻t12まで直流電流Id1を流し、時刻t12
り時刻t21まで直流電流を零にする。また、時刻t21
り時刻t22まで直流電流Id1を流す。同様に順次電流を
断続させながら、インバータ14を転流させ、同期電動
機15を加速していき、時刻t51より時刻t52まで直流
電流を流し、時刻t52より時刻t61まで直流電流を零に
する。さらに同期電動機15が加速して所定の運転速度
になる時刻t81で、電流断続指令器23が断続指令を中
止し、インバータ14が負荷転流に切換えるから、直流
電流は連続的になる。この断続始動時直流電流を零にす
る時刻t12より時刻t21までと、時刻t52より時刻t61
までの時間は、インバータ14の条件で決るから一定で
ある。従って、時刻t11より時刻t21までと、時刻t51
より時刻t61までとの平均電流を比較すると、後者の期
間の方が大幅に直流電流の平均値が少なくなる。
従って、同期電動機15の発生トルクは前述の直流電流
の平均値に対応するから、第4図(b)のように同期電
動機15の運転速度が上昇するほど低下する。すなわ
ち、時刻t11付近に比較して時刻t81付近では前記発生
トルクが大幅に低下する。
上記の発生トルクの低下する断続始動から負荷転流へ切
換えた場合の速度を第5図(a)に、この時の発生トル
クを第5図(b)に示す。
第5図(a)でωは加減速制御器24から出力される
速度基準,ωは電動機15の実速度信号(以下、単に
速度とも言う)である。
時刻tで始動を開始し、時刻tまでは速度制御器1
8により、発生トルクがほぼ一定に制御され、速度ω
は速度基準ωに追従している。
時刻tから時刻tまでは、断続始動時の発生トルク
低下により、速度制御器18の出力が電流制限値で制限
されて飽和するために、加速トルクが不足し、速度ω
が速度基準ωに追従できなくなっている。このような
状態においてtの時点で所定速度を越え負荷転流に切
換えが行なわれると、速度制御器18が飽和しているた
めに、連続した直流電流が電流制限値まで流れ、過大な
トルクが発生し急速に加速される。速度ωが速度基準
ωに追従する時点t後は、速度基準ωの加速率に
よって決まる発生トルクとなり、電動機は速度基準ω
に従って加速される。
以上のように動作する従来のサイリスタモータドライブ
システムでは、次に述べる技術的問題があった。
第5図に示すように電動機の実速度ωが速度基準ω
に追従できない状態(時刻t)でインバータ14が負
荷転流に切換ると、第5図(b)に図示するように同期
電動機15の発生トルクが急変する。このように発生ト
ルクの急変が生じると、大容量負荷を駆動する同期電動
機15などでは、その機械系やカップリングなどで機械
振動の発生原因となり、これら機械系の運転寿命上好ま
しくない。このためこのような発生トルクの急変を抑制
することが望まれていた。
〔発明の目的〕
ここにおいて本発明は、従来例の難点を克服し、断続始
動から負荷転流への切換時に同期電動機の発生トルクの
急変を抑制できる同期電動機の制御方法を提供すること
を、その目的とする。
〔発明の概要〕
本発明は、インバータが断続始動より負荷転流に切換え
る時点で、速度制御器の積分値をクリアし、速度制御器
の速度基準となる加減速制御器の出力ωを切換え時点
の電動機速度ωに合せ、速度制御器の飽和を解除し
て、負荷転流に切換った後、速度制御器の出力は速度制
御系により徐々に増加し、設定された加減速率に必要な
トルクを発生し、加速するようにしたことを特徴とする
もので、これによって同期電動機を含む機械系へのトル
ク急変による機械振動を緩和する同期電動機の制御方法
である。
〔発明の実施例〕
本発明の一実施例における回路構成を表わすブロック図
を第1図に示す。
この図で第3図と同じ符号を付した各回路構成要素は同
一機能である。
第1図で第3図と異なるのは加減速制限器24に速度検
出信号ωを入力し、断続始動から負荷転流に切換った
時点で電流断続指令器23からの指令により加減速制限
器24の出力を現在速度に再設定する点である。
また、速度制御器18は通常比例積分増幅器が用いられ
るが断続始動から負荷転流に切り換った時点で断続指令
器23からの指令により積分器を零クリアする構成とす
る。
第1図の回路の動作を第2図を用いて説明する。
第2図でt時点までの動作は、第5図と全く同じであ
る。
断続始動から負荷転流に切換わるt時点で、加減速制
限器23の出力ωと電動機速度ω間に偏差が生じる
が、電流断続指令器23の出力によって速度基準ω
は、t時点の速度ωとなるように加減速制限器2
4に再設定され、以後、通常の変化率で増速させる。ま
た、t時点で電流断続指令器23の出力により速度制
御器18の積分値を零クリアする。これにより、t
点後の速度基準ωは、加減速制限器24の動作により
所定の加減速率で増加し、また、速度制御器18から電
流制限値の電流指令が出力することもなくなるので、第
5図の実線に示すように、速度基準ωと実速度ω
の差が大きくないので、過大なトルクを発生することが
なく、また、速度基準ωの加速率は加減速制御器24
の動作により抑えられているので、過大なトルクは発生
しない。
以上のように本発明によれば、断続始動から負荷転流に
切換った際に、過大なトルクを発生することなく、滑ら
かな運転ができる。
第1図で断続始動から負荷転流に切換わる際に、加減速
制限器24の出力を切換時点の速度検出信号に合せた
が、切換速度が予め判っていれば、その値に合わせるよ
うにしてもよい。この場合、同様の効果が得られること
は明らかである。
〔発明の効果〕
かくして本発明によれば、サイリスタモータドライブシ
ステムが断続始動により負荷転流に切換ったタイミング
で、同期電動機の発生トルクの急変を、速度基準信号を
切換時点の速度に合せることにより抑制できる。
従って、同期電動機を含めた機械系の機械振動を防止
し、その運転寿命を長くした同期電動機の制御装置が得
られる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の回路構成を示すブロック
図、第2図はこの実施例の速度と発生トルクを示した
図、第3図は従来装置のブロック図、第4図は断続始動
領域で発生トルクが低下する状態を表わす説明図、第5
図は第3図の従来例で断続始動から負荷転流に切換えた
時の速度と発生トルクを示した図である。 11……入力交流電源、12……制御整流器、13……
直流リアクトル、14……インバータ、15……同期電
動機、16……速度基準、17……位置検出器、17A
……変換器、18……速度制御器、19……電流制御
器、20……電流検出器、21……位相制御器、22…
…β制御器、23……電流断続指令器、24……加減速
制限器。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】交流電力を制御整流器で直流電力に変換
    し、この直流電力を負荷転流方式のインバータで別の交
    流電力に逆変換して同期電動機を駆動するに当たり、加
    減速制限器を介して得られる速度基準と実速度信号との
    偏差を比例積分する速度制御器の出力を電流指令として
    前記制御整流器を制御すると共に、所定速度以下の低速
    領域では断続した電流指令により前記制御整流器を制御
    して前記インバータを転流させ前記同期電動機を断続始
    動し、所定速度を越えたとき負荷転流運転に切換える同
    期電動機の制御方法において、前記断続始動から前記負
    荷転流運転に切換えるとき、前記速度制御器の積分値を
    クリアすると共に、前記加減速制限器から出力される速
    度基準を切換え時点の実速度に対応した値に再設定し、
    その後、前記加減速制限器で制限された変化率で前記速
    度基準を増大させることを特徴とする同期電動機の制御
    方法。
JP59250106A 1984-11-27 1984-11-27 同期電動機の制御方法 Expired - Lifetime JPH0612954B2 (ja)

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