JP2545510B2 - サイクロコンバ−タの制御方法 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 〔産業上の利用分野〕 本発明は、複数のサイクロコンバータ（逆並列接続さ
れた一対のサイリスタコンバータ）により多相交流電動
機を可変速駆動する場合に、サイクロコンバータの入力
電源力率を改善させうる制御方法に関するものである。

〔従来の技術〕

サイクロコンバータの入力電源力率改善策としては、
特開昭59-117466号に記載の３次調波重畳法、特開昭60-
194760号に記載の非対称制御法など種々の方法があり、
組合せて適用し改善効果が得られているが、さらに改善
する手段が望まれている。

〔発明が解決しようとする問題点〕

第３図にサイリスタコンバータの主回路を示す。この
サイリスタコンバータの制御遅角αと力率角とは等し
く、次の（１）式で与えられる。

ここで、 E2;サイリスタコンバータの入力線間電圧 Ed;サイリスタコンバータの出力直流電圧 （１）式より入力線間電圧E2を小さくすれば、当然の事
ながら力率は良くなる。しかしながら、小さくしすぎる
と回生運転時の転流失敗現象、あるいは第１図のように
３セツトのサイクロコンバータ411,421,431により三相
交流電動機５を駆動する場合に、出力電圧の不平衡によ
りトルクリツプルが大きくなるなどの問題が生じる。第
４図は、不平衡電圧を説明するためにサイクロコンバー
タの出力電圧波形を示しており、点線が本案出力すべき
電圧である。電源電圧低下により最大出力電圧がV_Lに制
限されると、斜線部が失われ、正弦波形でなくなる。
又、三相分を考えると三相相間電圧不平衡となり種々の
弊害が生じる。

サイクロコンバータの入力線間電圧E2の決定にあたつ
ては、電源側電圧降下が最大値の場合にも前述の問題を
発生させないように決定していた。従つて通常状態（電
源電圧低下が著しくないとき）では、力率が非常に悪い
運転をする事になる。

〔問題点を解決するための手段〕

第４図において電源電圧の低下により最大出力電圧が
V_Lしか出力出来ないときには、本来出力すべき点線の電
圧をｋ（＝V_L／V_P）倍して実線の電圧とすれば、波形は
正弦波を確保出来又三相相間電圧も平衡する。この事は
交流電動機の電圧を下げて運転する事である。しかしな
がら負荷の運転状態は維持出来なければならない、即ち
電動機の発生トルクおよび回転数は変化してはならな
い。電圧を下げた分磁束を弱めて速度を維持し、弱の磁
束によるトルクの低下分をトルク相当電流と増加させ、
トルクの低下を防ぐ事が必要である。

以上の事を実現するには、電源電圧を検出し、この検
出信号が一定値以下に低下した場合に交流電動機の電圧
基準値を、検出値にリンクして低下させ、且つトルク電
流基準信号を増加させる事により実現出来る。

すなわち、本発明は、多相交流電動機を可変速駆動す
るサイクロコンバータの制御方法において、前記サイク
ロコンバータの入力交流電圧を検出し、その検出値が予
め定められた値より低下した場合に、前記多相交流電動
機の出力一定の下で、当該交流電動機の誘起電圧に相当
した電圧指令信号を前記入力交流電圧検出値に対応して
低下させるとともに、トルク電流基準信号を増加させる
ことを特徴とするものである。

〔作用〕

上記の如く制御することにより、前記（１）式からも
わかるように、入力側の力率を改善することができると
ともに、２次側の電圧低下に伴う電動機の出力変動を防
止できる。

〔実施例〕

次に、本発明の実施例を図面に基づいて説明する。

第１図に本発明の一実施例を示す。第１図より本発明
部分を取除いたのが第２図であり、まず第２図を説明す
る。

サイリスタ変圧器１の一次巻線123は図示していない
三相交流電源に接続され２〜４次巻線11,21,31はそれぞ
れサイクロコンバータ411,421,431は接続される。サイ
クロコンバータ411,421,431は第３図に示すように、グ
レツ結線のサイリスコンバータを逆並列に接続したもの
である。

サイクロコンバータ411,421,431の出力は三相誘導電
動機５に接続される。

速度検出器６で検出された速度帰還信号w_rは速度指令
w_r＊と比較器９で比較され、コントロール10を介してト
ルク電流基準I_t＊となり、ベクトル演算ブロツク17に与
えられる。ベクトル演算ブロツク17は公知であり、本発
明とは直接関係しないので説明を省略する。なおベクト
ル演算ブロツク17に関しては特開昭59-156184号を参照
され度い。

サイクロコンバータの出力が電動機に加えられ、その
線間電圧は両極性直流電圧変成器81,82,83で検出され、
V_u-v,V_u-w,V_w-uとなり、ベクトル演算器17に与えられ、
ベクトル演算器17内にて、電動機の電圧を、励磁電流成
分に対して平行な電圧成分edと、直交な電圧成分eqに分
離して検出される。設定器121で与えられるｑ軸電圧成
分指令E_q＊と検出されたe_qは比較器13で比較され、演算
器14で補償演算され、磁束指令φ＊となる。磁束指令φ
＊は演算器15により励磁電流基準I_m＊に変換される。変
換内容は、電流磁束の飽和現象および遅れ時定数を補償
する事にある。トルク電流基準I_t＊と励磁電流基準I_m＊
は、ベクトル演算ブロツク17により三相電動機５の一次
電流基準i_u＊，i_v＊，i_w＊が演算される。電動機５の相
電流は、両極性直流変成器71,72,73で検出され、I_u,I_v,
I_wとなり、比較器181,182,183にて電流基準i_u＊，i
_v＊，i_w＊と比較し、演算器191,192,193にて補償演算さ
れてV_cu,V_cv,V_cwとなる。V_cu,V_cv,V_cwはゲートパルス発
生器211,212,213に加えられ、ゲートパルス発生器の出
力パルスにより、３セツトのサイクロコンバータ411,42
1,431が位相制御される。

以上により電動機のトルク電流I_tと励磁電流I_mは独立
に制御されるとともに電動機の回転速度w_rおよび電動機
の誘起電圧に相当するｑ軸電圧成分eqはそれぞれ指令値
w_r＊，E_q＊に合致するように制御される。

次に、第１図により本発明の実施例について説明す
る。サイリスタ変圧器１の一次巻線123に印加される図
示されてない三相交流電源の電圧を検知するために三相
電圧変成器22が設けられ、変成器22の出力は三相全波整
流器23により直流電圧に変換される。直流電圧に含まれ
るリツプル分を低減するためのバンドエリミネイトフイ
ルターおよびローパスフイルタは必要に応じて設けら
れ、表記上はブロツク23に含まれるものとする。ブロツ
ク24は、第５図に示す飽和要素であり、電源電圧V_sが一
定値（V_sc）以下の場合には、飽和値より外ずれるので
以下に述べる可変機能が効き、一定値以上の場合は一定
の飽和値になるので以下に述べる可変機能は停止し、一
定値となる。

飽和要素24の出力は３ケ所で使用され、まず第一には
設定器122を介しｑ軸電圧成分指令E_qc＊となる。すなわ
ち、電源電圧V_sが一定値V_sc以上の場合はE_qc＊は一定値
E_q＊を保つが、電源電圧V_Sが一定値V_sc以下の場合は、
第５図より明らかなるようにE_qc＊はV_sに比例して低下
する。

第二は割算器11に除数として加えられ、電源電圧V_sが
一定以下に低下した場合に、トルク電流基準I_t＊をI_tc
＊に増加させるものである。これはｑ軸電圧成分eqを下
げた分だけトルク電流I_tを増加させ、電動機の動力を一
定に保つためである。

第三は、ゲートパルス発生器211,212,213の入力信号
のゲイン補償のために掛算器201,202,203に加えられ
る。ゲートパルス発生器は、電源電圧変動補償回路を有
するのが一般的であり、即ち電源電圧変動が生じてもゲ
ートパルス発生器入力V_cuとサイクロコンバータ出力電
圧E_dの比（ゲイン）が一定になるように制御遅れ角αが
調整され、しかもこの調整は瞬時的に行われる。この機
能は、電源電圧V_sが一定値V_sc以上の場合には非常に有
効であるが、一定値V_sc以下になり電動機電圧を下げた
い時には逆効果となる。従つて、後者の場合には、飽和
要素24に出力により直接ゲートパルスの入力信号を低下
させて（V_cu→V_cuc）、出力電圧を低下させることが出
来る。

以上により、電源電圧が最低V_s-からV_s+まで変動する
のに対し、サイクロコンバータの入力線間電圧E₂は、V
_s-のときに必要電圧を確保する様に選定していたが、本
発明を適用する事によりV_scで規定電圧を確保すれば良
い。従つて、E₂は従来方式に較べV_s-／V_sc（＜1.0）倍
となり、（１）式により力率がV_sc／V_s-倍に改善され
る。一般的には、V_s-＝0.85×V_sr,V_sc＝0.95×V_srにす
る事が出来るので約10％の改善が可能である。

第６図は、他の実施例として電動機の各相毎に２組の
サイリスタコンバータを直列に接続して、２組サイクロ
コンバータ（411と412,421と422,431と432）の出力電圧
を演算器251〜256により非対称に制御し力率改善を図る
方式の例である。この方式に対して本発明を適用して、
更に力率を改善する事が出来る。第１図に対して加える
機能は、電源電圧低下がある値（V_sc）以下になった場
合に、低下値にリンクして演算器251〜６の飽和電圧を
下げる事である。

〔発明の効果〕

以上に述べたように、本発明によれば、サイクロコン
バータの入力線間電圧（E₂）を低く選定できるので電源
力率を改善することが可能となり、かつ、それに伴なう
電動機出力の低下を防止し、出力を一定に保持しつつ力
率の改善を図ることができる。また、電圧を低下させる
ことができるからサイリスタ変換器耐圧の低い素子を用
いることが可能である。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を適用した場合のサイクロコンバータの
主回路および制御系の概要を示すブロツク図、第２図は
第１図より本発明を取外した従来のサイクロコンバータ
のブロツク図、第３図はサイクロコンバータのサイリス
タ素子構成を示す回路図、第４図はサイクコロンバータ
の出力交流波形を示す波形図、第５図は飽和要素の特性
を示す説明図、第６図は他の実施例として非対称制御方
式に対し本発明を適用した場合を示すブロツク図であ
る。 １〜３……サイクロコンバータの電源変圧器、５……三
相交流電動機、６……速度検出器、11,12,21,22,31,32
……変圧器の２次,3次巻線、71,72,73……両極性直流電
流変成器、81,82,83……両極性直流電圧変圧器、9,13,1
81〜３……比較器、10,14,15,191〜３……演算器、11…
…割算器、17……ベクトル演算ブロツク、22……電圧変
成器、23……整流器およびフイルター、24……飽和要
素、201〜203……掛算器、211〜216……ゲートパルス発
生器、251〜６……演算器、411,412,421,422,431,432…
…サイクロコンバータ。

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】多相交流電動機を可変速駆動するサイクロ
   コンバータの制御方法において、 前記サイクロコンバータの入力交流電圧を検出し、その
   検出値が予め定められた値より低下した場合に、前記多
   相交流電動機の出力一定の下で、当該交流電動機の誘起
   電圧に相当した電圧指令信号を前記入力交流電圧検出値
   に対応して低下させるとともに、トルク電流基準信号を
   増加させることを特徴とするサイクロコンバータの制御
   方法。
2. 【請求項２】特許請求の範囲第１項記載の制御方法にお
   いて、サイクロコンバータの出力電圧に相当する電圧指
   令信号であるゲートパルス発生器の入力信号を低下させ
   ることを特徴とするサイクロコンバータの制御方法。