JPS63287397A

JPS63287397A - 誘導電動機の制御装置

Info

Publication number: JPS63287397A
Application number: JP62121159A
Authority: JP
Inventors: Hidenori Watanabe; 渡辺　英紀
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 1987-05-20
Filing date: 1987-05-20
Publication date: 1988-11-24
Also published as: CN1010364B; CN88103048A; KR880014730A; KR920007073B1; US4935684A

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］この発明は例えばエレベータ等に使用される、インバー
タ方式で駆動する誘導電動機の制御装置、特に誘導電動
機の速度制御の低雑音化に関する。

［従来の技術］近年、電子技術の発達に伴う制御技術の向上により、誘
導電動機の回転速度をほぼ直流電動機と同程度に制御す
ることが可能になってきた。このような誘導電動機の速
度制御としては可変電圧・可変周波数制御装置（以下、
ＶＶＶＦ装置という。

）がある。ＶＶＶＦ装置はコンバータを用いて交流電圧
を直流電圧に変換し、交換した直流電圧をインバータに
よって再び交流電圧に変換することにより周波数を変化
させると共に周波数に反比例して出力電圧も変化させて
誘導電動機の回転速度を制御するものである。

このようなＶＶＶＦ装置としてはインバータの出力電圧
のピーク値である直流電圧を可変にして制御するパルス
振幅変調（以下、ＰＡＭという。）制御と、ピーク値は
固定にしてその時間幅を可変にすることによって平均電
圧を制御するパルス幅変調（以下、ＰＷＭという。）制
御と、さらにＰＡＭ制御とＰＷＭ制御を併用するものと
がある。

例えばエレベータの誘導電動機のように停止状態から全
速度までの広範囲にわたって速度制御を行う必要がある
場合には、速度が低いときにコバータから全電圧を出力
して供給すると、誘導電動機の発生騒音が大きくなるた
めに、ＰＡＭ制御とＰＷＭ制御の併用方式が採用されて
いる。

第５図は従来のエレベータの誘導電動機の制御装置の構
成を示し、図において（１）は三相交流電源に接続され
たＶＶＶＦ装置である。（２）はサイリスタ（２ａ）〜
（２ｒ）をブリッジに接続してＶＶＶＦ装置（１）に供
給される交流電圧を直流電圧に変換するコンバータ、（
３）はサイリスタ（３ａ）〜（３ｆ）をブリッジに接続
しコンバータ（２）が出力する直流電圧を交流電圧に変
換する回生用コンバータ、（４）は回生用コンバータ（
３）が出力する交流電圧を変圧してコンバータ（２）の
入力端に供給するオートトランス、（５）はコンバータ
（２）の出力端と回生用コンバータ（３）の入力端間に
接続されたりアクドル、（６）はコンバータ（２）の直
流出力端間に接続された平滑用のコンデンサ、（７）は
トランジスタ（７ａ）　〜（７ｆ’）とダイオード（７
ｇ）　〜＜７１　）をブリッジに接続しコンバータ（２
）から出力される直流電圧を可変電圧・可変周波数の交
流に変換するトランジスタインバータである。　（８）
はトランジスタインバータ（７）の出力電圧によって駆
動されるエレベータの誘導電動機、（９）は誘導電動機
（８）の回転速度を検出する速度計発電機、（１０）は
誘導電動機（８）の回転により駆動される綱車、（１１
）は機械式のブレーキ、（１２）はそらせ車、（１３）
は綱車（ｌＯ）とそらせ車（１２）にかけわたされた巻
上ローブ、（１４）は巻上ローブ（１３）の一端に取付
けられたエレベータのかご、（１５）は巻上ローブ（１
３）の他端に取付けられた釣合おもり、（１Ｂ）は釣合
車（１７）を介してかご（１４）と釣合おもり（１５）
との間に接続された補償ローブ、（１Ｂ）はガバナ（１
９）と張り車（２０）との間にかけわたされたガバナロ
ーブであり、ガバナローブ（１８）の一部ががご（１４
）に固定されている。

（２１）はガバナ（１９）の回転を検出するパルス検出
器、（２２）は速度計発電機（９）とパルス検出器（２
１）からの信号を受けてコンバータ（２）１回生用コン
バータ（３）及びトランジスタインバータ（７）を制御
する制御用コンピュータである。制御用コンピュータ（
２２）はＣＰ　Ｕ　（２２ａ）　、インターフェース（
２２ｂ）　、　ＲＯＭ　（２２ｃ）及びＲＡ　Ｍ　（２
２ｄ）とにより構成されている。なお、（２３）、　（
２４）は各々ＶＶＶＦ装置（１）の入力側と出力側に設
けられた変流器、（２５）は交流電源側に接続された交
流リアクトルである。

上記のように構成されたエレベータの誘導電動機の制御
装置においては、三相交流電源がら供給される三相交流
電圧はコンバータ（２）によって直流電圧に変換された
後、コンデンサ（８）により平滑されてトランジスタイ
ンバータ（７）に供給され、トランジスタインバータ（
７）によって再び任意の電圧・周波数の交流に変換され
る。この変換の際トランジスタインバータ（７）は制御
用コンピュータ（２２）によってＰ　Ｗ　Ｍ制御が行わ
れる。

ＰＷＭ制御は第６図の（ａ）に示すように、三角波の変
調電圧（４０）と制御用コンピュータ（２２）に入力さ
れる三相交流電源の各相、例えばＲ相とＳ相からの制御
電圧（４１）、　　（４２）とを比較して、トランジス
タインバータ（７）のトランジスタ（７ａ）〜（７ｒ）
をスイッチングすることにより、近似的に正弦波を得る
ものである。なお、第６図において（ｂ）はトランジス
タインバータ（７）が出力するＵ相の相電圧（ｖＵ）を
、（ｅ）ハＶ相の相電圧（ｖｖ）を、（ｄ）はＵ相とＶ
相間の線間電圧（Ｖ　ｕｖ）の−例を示す。

上記ＰＷＭ制御に使用する変調電圧（４ｏ）の周波数は
通常Ｉ　ＫＨｚ程度の周波数（以下、キャリヤ周波数と
いう。）が用いられているが、このキャリヤ周波数によ
って誘導電動機（８）は耳ざわりな音を発する。

エレベータの場合、機械室の隣りに居室があると特に騒
音低減が要求され、この為に誘導電動機（８）の入力側
に大きな交流リアクトルを挿入して高周波を制御したり
、誘導電動機（８）に特殊な低騒音型モータを使用した
りしているが、何れも装置が大型で高価なものとなって
しまう短所を有している。またキャリヤ周波数を高くし
て、一般的に耳に聞こえ難い１０ＫＨｚ程度にする方法
があるが、トランジスタインバータ（７）のスイッチン
グ回数代が増し、これに伴ってスイッチングロスが増大するだめ
にトランジスタインバータ（７）のトランジスタ容量を
増やさねば熱的に問題となるために、装置のコストアッ
プにつながるという短所を有する。

この短所を改善するために第５図に示したｖｖＶＦ装置
では、エレベータの加速時等誘導電動機（８）に大電流
を流すときにコンバータ（２）又は回生用コンバータ（
３）によって電源電圧の位相角制御を行ない、直流電圧
を定格速度で走行するときよりも低くするＰＡＭ制御を
行なって誘導電動機（８）の騒音を下げている。

しかし、コンバータ（２）又は回生用コンバータ（３）
のサイリスタによる位相角制御を行なうと周知のように
５次、７次・・・等の多数の高調波が発生する。かかる
高調波を発生する機器例えば空調用のインバータ、ＣＶ
ＣＦ等が近年ビルの中にも増えてきたため、各機器から
発生する高調波を規制しようという動きがある。

第７図は、かかる要求に応じてＶＶＶＦ装置に流入する
電流を高調波を含まない正弦波電流にしたエレベータの
誘導電動機の制御装置の一例を示し、図において第５図
と同一符号のものは第５図の制御装置と同一のものを示
す。（２６）はトランジスタインバータ（７）と同じ＜
、トランジスタ（２８ａ）〜（２６ｒ）と各トランジス
タに並列に接続されたダイオード（２８ｇ）〜（２６Ｎ
　）で構成されたコンバータである。このコンバータ（
２Ｂ）は制御用コンピュータ（２２）により制御される
。第８図はコンバータ（２Ｂ）を制する制御用コンピュ
ータ（２２）の制御ブロック図を示し、図において、（
２８）はコンバータ（２６）から出力する直流電圧を指
令する電圧指令器、（２９）は電源電圧と同期をとるた
めの電圧信号をとりだすための変圧器、（３０）は零位
相検出器、（３１）はＰＬＬ　（位相同期ループ）発振
器、（３２）は正弦波発生器、（３３）は電圧制御装置
、（３５）は正弦波制御装置、（３４）、’　（３６）
は比較器である。

変圧器（２９）でとりだされた電源電圧と同期をとった
電圧信号が零位相検出器（３０）に送られ、零位相検出
器（３０）によって零点が検出され、この零点を基点と
してＰＬＬ発振器（３１）で三相に分解されて正弦波発
生器（３２）に印加される。正弦波発生器（３２）から
出力される正弦波は電圧制御装置（３３）に送られる。

一方、電圧指令器（２８）が出力する電圧指令値とコン
デンサ（６）の両端の電圧すなわちコンバータ（２６）
が出力する直流電圧とが比較器（３Ｂ）で比較され、そ
の偏差が電圧制御装置（３３）に送られる。

電圧制御装置（３３）では正弦波発生器（３２）から送
られた正弦波と比較器（３Ｂ）から送られた電圧偏差と
を演算して正弦波形の電流指令を比較器（３４）に送る
。比較器（３４）においては、この電流指令と変流器（
２３）の出力である実際の電流とが比較され、その偏差
が正弦波制御装置（３５）に送られる。正弦波制御装置
（３５）は入力された偏差に基きコンバータ（２Ｂ）の
トランジスタ（２８ａ）　〜（２８１’）をＰＷＭ制御
する。したがってコンバータ（２６）の入力電流は正弦
波となり高調波の発生を防止する。

なお、上記制御においてトランジスタインバータ（７）
の制御は第５図に示した場合と同一であるので、その説
明は省略する。

［発明が解決しようとする問題点］上記第７図に示す誘導電動機の制御装置においては、単
に電□圧指令器（２８）から出力する電圧指令を下げた
だけではＰＡＭ制御ができず、騒音の低減が計れないと
いう問題点があった。

すなわち、直流出力電圧がある程度以下に下がると、コ
ンバータ（２Ｂ）のトランジスタ（２６ａ）〜（２８１
’）に並列に接続されたダイオード（２８ｇ）〜（２８
Ｎ　）が導通し、トランジスタ（２８ａ）　〜（２［１
ｆ）はその制御能力を失うため、直流電圧は三相ダイオ
ードブリッジ制御方式で定まる電圧以下には下がり得な
い。したがってＰＡＭ制御を行なうため−には何らかの
方法でコンバータ（２Ｂ）の入力電圧を低くすることが
必要となる。

この発明はかかる問題点を解決するためになされたもの
であり、正弦波入力コンバータにおいて騒音低減のため
ＰＡＭ制御を行なうことができる誘導電動機の制御装置
を提案することを目的とするものである。

［問題点を解決するための手段］この発明に係る誘導電動′機の制御装置は、トランジス
タ等自己消弧素子で構成された正弦波入力のコンバータ
を用いたＶＶＶＦ装置に、コンバータのの入力電流の力
率を可変してコンバータの直流出力型□圧を変える力率
制御手段を設けて、ＰＡＭ制御を行なうようにしたこと
を特徴とする。

〔作用１ゝこの発明′においては、交流を直流に変換するトランジ
スタコンバータの入力電流の力率を進み力率又は遅れ力
率にすることによって、コンバータの入力゛電圧を低く
することができるから、ＰＡＭ制御を行なうことが出来
る。

〔実施例〕第１図はこの発明の一実施例の制御装置を示すブロック
図であり、図において、第７図、第８図に示した従来例
と同一符号を付したものは従来例と同一のものを表わす
。（３７）は零位相検出器（３０）とＰＬＬ発振器（３
１）の間に設けられた無駄時間発生器、（３８）は無駄
時間発生器（３７）に誘導電動機（８）の速度指令値を
送る速度指令器である。

上記のように構成された誘導電動機の制御装置の動作を
説明するにあたり、まず上記制御装置の原理を説明する
。

第１図に示すように電源電圧をｅ、トランジスタとダイ
オードで構成されたコンバータ（２Ｂ）の入力電流をｉ
、コンバータ（２６）の入力端電圧をＶ。

交流リアクトル（２５）のインダクタンスをＬとすると
、コンバータ（２Ｂ）の入力端電圧Ｖは次式で表わせる
。

ｙ　ｍ　６−　ｊ　ωＬｌ・　　　　・・・・・・・・
・・・・（１）このコンバータ（２Ｂ）の入力端電圧Ｖ
をベクトル表示すると第２図に示すようになる。第２図
において（ａ）は電源電圧ｅとコンバータ（２Ｂ）の入
力電流ｉの位相が一致している場合、すなわち力率−１
の場合を示し、（ｂ）は入力電流ｉの位相が電源電圧ｅ
の位相より遅れている場合、すなわち力率く１の場合を
示し、（Ｃ）は入力電流ｉの位相が電源電圧ｅの位相よ
り進んでいる場合、すなわち力率〉１の場合を示す。図
に示すように遅れ力率または進み力率にすることにより
コンバータ（２Ｂ）の入力端電圧Ｖを低くすることがで
きる。したがってコンバータ（２Ｂ）をＰＡＭ制御する
ことができる。

そこで、第１図に示すように、零位相検出器（３０）と
ＰＬＬ発振器（３１）の間に無駄時間発生器（３７）を
設け、この無駄時間発生器（３７）に零位相検出器（３
０）から第３図（ａ）に示すように゛、変圧器（２９）
から送られる電源電圧と同期した電圧信号の零点を検出
した零点信号が送られる。一方、無駄時間発生器（３７
）には速度指令器（３８）から誘導電動機（８）の速度
指令値が送られ、この速度指令値に応じた無駄時間Ｔｄ
だけ零位相検出器（３０）から送られた零点信号の位相
を第３図（ｂ）に示すように遅らせる。第４図は無駄時
間発生器（３７）に入力される速度指令値と無駄時間Ｔ
ｄとの関係を示し、図において（ａ）は時間と共に変化
する指令値を示し、（ｂ）はこの速度指令値が対応して
変化する無駄時間Ｔｄを示す。第４図に示すように速度
指令値が低速のときは無駄時間Ｔｄが大きく、速度指令
値が高速になるにしたがって無駄時間Ｔｄが小さくなる
。

この無駄時間発生器（３７）で無駄時間Ｔｄだけ位相が
遅らされた零点信号がＰＬＬ発振器（３１）に送られ、
この零点信号を基準としてＰＬＬ発振器（３１）で三相
に分解され、正弦波発生器（３２）に送られ、正弦波発
生器（３２）が正弦波を出力する。この正弦波が電圧制
御装置（３３）において比較器（３Ｂ）から送られ・る
電圧偏差と比較されて電流指令となり、比較器（３４）
において変流器（２３）の出力である実際の電流と比較
されてその偏差が正弦波制御装置（３５）に送られる。

すなわち、無駄時間発生器（３７）により零位相検出器
（３０）で検出した零点を無駄時間Ｔｄだけ遅らせれば
、電流指令の位相を電源電圧ｅの位相より無駄時間Ｔｄ
だけ遅らせることができる。

したがってコンバータ（２Ｂ）の入力電圧を低くするこ
とができＰＡＭ制御を行なうことができる。

なお、上記実施例においては遅れ力率の場合について説
明したが、進み力率の場合についても同様な作用を行な
うことができる。

［発明の効果］この発明は以上説明したように、誘導電動機の回転速度
を制御するＶＶＶＦ装置において、トランジスタ等自己
消弧素子で構成されたコンバータの入力電流の力率を進
み力率又は遅れ力率にすることによってコンバータの入
力電圧を低くすることができ、このためＰＡＭ制御を行
なうことができるから、簡単な構成で誘導電動機から高
調波が発生することを防止すると共に騒音の低下を図る
ことができる効果を有する。

【図面の簡単な説明】

第１図はこの発明の実施例を示す制御ブロック図、第２
図（ａ）　、　（ｂ）　、　（ｃ）は各々上記実施例の
原理を示すベクトル図、第３図は上記実施例の零位相検
出器と無駄時間発生器の出力波形図、第４図は速度指令
値と無駄時間Ｔｄの関係を示す特性図、第５図〜第８図
は各々従来例を示し、第５図は従来のエレベータの誘導
電動機の制御装置の構成図、第６図（ａ）　、　（ｂ）
　、　（ｃ）　、　（ｄ）は第５図に示したトランジス
タインバータのＰＷＭ制御を示す波形図、第７図は他の
従来例の制御装置の構成図、第８図は第７図に示した制
御装置の制御ブロック図である。（２）　、　（２［ｉ）・・・コンバータ、（６）・・
・コンデンサ、（７）・・・トランジスタインバータ、
（８）・・・誘導電動機、（２２）・・・制御用コンピ
ュータ、（２３）・・・変流器、（２５）・・・交流リ
アクトル、（２８）・・・電圧指令器、（２９）・・・
変圧器、（３０）・・・零位相検出器、（３１）・・・
ＰＬＬ発振器、（３２）・・・正弦波発生器、（３３）
・・・電圧制御装置、（３４）、　（３Ｂ）・・・比較
器、（３５）・・・正弦波制御装置、（３７）・・・無
駄時間発生器、（３８）・・・速度指令器。なお、各図中同一符号は同−又は相当部分を示す。

Claims

【特許請求の範囲】トランジスタ等自己消弧素子で構成された正弦波入力の
コンバータを用い誘導電動機の回転速度を制御する可変
電圧・可変周波数制御装置において、上記コンバータの入力電流の力率を可変してコンバータ
の直流出力電圧を変える力率制御手段を設けて、パルス
振幅変調制御を行うことを特徴とする誘導電動機の制御
装置。