JPH02119599A - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

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】 ［発明の目的］ （産業上の利用分野） 本発明は周波数変換器のような可変周波数電源、又は商
用電源の何れかに切換接続して給電される交流電動機を
可変周波数電源により速度制御されている状態から商用
電源に同期併入方式により切換える交流電動機の制御装
置に関する。

（従来の技術） 周波数変換器のような可変周波数電源（以下周波数変換
器と呼ぶ）で可変速駆動されている交流電動機を商用電
源のような定周波電源（以下商用電源と呼ぶ）に切替え
る方式としては、−変電動機の電源を瞬断した後に切替
える方式や、リアクトルを介して切換時の過大電流を抑
制する方式等数多くの方式があるが、これらの方式は切
換時のトルクショックや過大な切換電流が流れるという
難点がある。

そこで、最近では周波数変換器で運転されている交流電
動機を商用電源に切替えるに際して、周波数変換器の出
力電圧及び位相を商用電源の出力電圧及び位相に合せた
上で商用電源に交流電動機を接続し、しかる後に周波数
変換器を交流電動機から切離して商用電源単独で交流電
動機を駆動する方式が採用されている。この切換方式を
商用同期俳人と言う。

第４図はかかる方式を採用した交流電動機の制御装置を
示しており、以下誘導電動機を周波数制御（Ｖ／【制御
）により同明併人を行なう場合の制御装置の構成例につ
いて説明する。なお、ここでは可変周波数電源として電
流形インバータを用いた場合を例にして述べる。

第４図において、誘導電動機１は、一方では商用電源Ｐ
Ｓにより開閉器１４を介して運転可能であり、他方では
商用電源ＰＳから受電する可制御整流器２、平滑用直流
リアクトル３および電流形インバータ４により開閉器１
５を介して運転可能である。整流器２は、電圧基準Ｖ　
ＲＥＰと計器用変圧器４２を介して検出されるインバー
タ４の出力電圧Ｖを比較してその偏差を零とするような
電流基■Ｉ　Ｒ１！Ｐを出力する電圧制御回路５、この
電流基準Ｉ　ＲＥＰと変流器４０および整流回路４１に
よって検出される負荷電流Ｉとを比較してその偏差を零
とするような位相基＄ｐを出力する電流制御回路６、お
よびこの位相基準ｐをもとに位相制御する位相制御回路
７によって制御される。インバータ４は、周波数基’１
ｌＦＲＦ、Ｐ（電圧基準Ｖａａｐｌ：応じて定められる
）をもとにインバータ４の運転周波数ｆに対応する出力
信号６ｆを出力する周波数制御回路８、および周波数制
御回路８の出力信号６ｆをもとにインバータ４の各サイ
リスクゲート信号を分配してインバータ出力電流位相θ
１を決定するリングカウンタ９によって制御される。

また、計器用変圧器４２を介して検出されるインバータ
４の出力電圧Ｖからインバータ出力電圧位相θ９を電圧
位相演算回路１１によって求める。

さらに計器用変圧器４４及び電圧位相演算回路１１を介
して得た商用電源位相θ、５と出力電圧位相θ９とを位
相比較回路１２で比較し、位相偏差信号Δθを得る。こ
の位相偏差信号Δθをローパスフィルタ１３に通して周
波数補正信号ΔＦを形成し、これを周波数制御回路８に
導入する。さらに位相比較回路１２で比較された位相偏
差信号Δθはしゃ断器開閉タイミング回路４５によりあ
る許容範囲内に入ったかどうかが検出され、許容範囲内
に入れば開閉器１４に対して閉指令を出し、その後開閉
器１５に対して開指令を出す。

第４図のように構成された制御装置による誘導電動機の
可変速制御技術は公知のため説明は省き、俳人時の動作
を以下説明する。

まず、インバータ側開閉器１５が閉じられた状態にある
とすれば、誘導電動機１は商用電源ＰＳから整流器２、
直流リアクトル３およびインバータ４を通して得られる
任意の周波数の交流出力により運転されている。この状
態１ごおいて、併入指令Ｈｏが外部より入力されると、
電圧制御回路５に与えられる電圧基準ＶＲ［、、は電圧
／周波数基準Ｖ／ＦＲＥＰから予め設定されている併入
特電圧／周波数基準ＨＯＶ／ＦＲＥＦに切換えられる。

一方、このとき、計器用変圧器４２を介して検出された
インバータ４の出力電圧Ｖは、電圧位相演算回路１１に
て角度に変換され、出力電圧位相θ９を得ている。また
計器用変圧器４４を介して検出された商用電源電圧ＶＰ
Ｓは同じく電圧位を口演算回路１１にて角度に変換され
、商用電源位相θｐｓを得ている。そして、これらの出
力電圧位相θＶと商用電源位相θＰＳは位相比較回路１
２に入力され、ここでその偏差Δθを算出し、ローパス
フィルタ１３を通して、周波数制御回路８に周波数補正
信号ΔＦとして入力する。周波数制御回路８では周波数
基準Ｆ　ＲＥＰと周波数補正信号ΔＦとを加算してイン
バータ４の運転周波数ｆを決定する。

この様な構成の制御装置によれば、周波数制御回路８、
リングカウンタ９、電圧位相演算回路１１、位相比較回
路１２、ローパスフィルタ１３はフェーズロックドルー
プ（Ｐ　Ｌ　Ｌ）を形成し、位社１偏差（Δθ）が零と
なるようにインバータ４の周波数ｆを調整する。つまり
、商用電源位相θＰ５とインバータ出力電圧位相θＶと
が一致するように制御動作する。

また、位相比較回路１２の位相偏差Δθがしゃ断器開閉
タイミング回路４５によりある許容範囲内に入ったかど
うか検出され、許容範囲内に入ればしゃ断器開閉タイミ
ング回路４５から商用電源側しゃ断器１４に対し閉信号
ＳＷＩを出力する。

したがって、商用電源側開閉器１４が閉路するので、商
用電源側の通電が開始される。次に商用側しゃ断器１４
が完全に閉路したことをもって周波数変換器は通電を停
止し、しかる後、しゃ断器開閉タイミング回路４５はイ
ンバータ側開閉器１５に対し開指令ＳＷ３を出力し、こ
れによりインノく−タ側開閉２Ｓ１５が開路し、併入動
作を完了する。

以上は電源側が安定状態にあるときの商用電源の同期併
入動作であるが、負荷変動の影響などにより電源側が不
安定な状態にあるとき、併入指令Ｈｏが出されてもある
時間内において位相比較回路１２の出力Δθが前記許容
範囲内に入らない場合が存在する。以下、この状態を同
期渋滞という。

そこで、従来ではこのような場合に備えて、位相比較回
路１２から出力される位条目偏差Δθを同期渋滞検出回
路４８に与えて同期渋滞の有無を検出し、同期渋滞が検
出されると、同期渋滞検出回路４８により周波数制御回
路８に周波数基準Ｆ　ＲＩｔＰとして与えられる併入時
設定されている併入時電圧／周波数基準Ｈｏ　Ｖ’／　
Ｆ　ＲＥＰを電圧／周波数基準Ｖ／ＦＲＥＰに切換え、
制御を併入指令Ｈｏが入力される以前の状態へもどすよ
うにしていた。そして、必要に応じて再度併入動作をさ
せる場合には前述同様に併入指令）Ｉｏを人力して併入
動作を実施させるようにしていた。この時の併入時間周
波数基＄ＨｏＶ／ＦＲＥＰは通常前回と同じものかもし
くはマニュアルで再設定するようにしている。

（発明が解決しようとする課題） しかし、かかる従来方式による制御装置において、同期
渋滞検出回路４８により同期渋滞が検出された後、再度
同期俳人する場合の周波数基準Ｆ　ＲＥＰとしては前回
と同じものか、もしくはマニュアルで設定されたもので
行なっているため、再併入操作時における負荷の大小に
より併入動作が不安定になったり、電圧位相の偏差Δθ
の収束までに長時間を要し、しいては同期渋滞が再度起
こることがあった。

本発明は交流電動機の電源として周波数変換器から商用
電源に切換えるに際して、同期渋滞後に再併入指令が出
されても安定な併入動作を行なわせることができる交流
電動機の制御装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （発明が解決しようとする課題） 本発明は上記のような目的を達成するため、交流電動機
を商用電源、又は周波数変換装置の何れかに切換接続し
て給電され、月つ前記交流電動機が前記周波Ｎ変換装置
より給７代されているとき前記交流電動機の回転数を検
出しこれを所定の速度）１．準と比較してその偏差によ
り前記交流電動機の回転数を制御する速度制御手段を備
えた交流電動機の制御装置において、前記交流電動機が
前記周波数変換装置により運転されている状態で前記商
用電源に切換えるべく同期併入指令が出されると前記速
度制御手段の速度基準を併入時速度基準に切替える速度
基準切換手段と、前記周波数変換装置の電圧位相および
前記商用電源の電力位相をそれぞれ検出し、その電圧位
相偏差に応じて前記速度制御手段の速度偏差を制御して
前記周波数変換装置の出力電圧が前記商用電源のそれに
同期するように制御する電圧位相制御手段と、この電圧
位相制御手段から出力される電圧位相偏差が所定時間内
に許容範囲に人っているか否かにより同期渋滞の有無を
検出する同期渋滞検出手段と、この同期渋滞検出手段に
より同期渋滞が無いことを検出すると前記交流電動機へ
の給電を周波数変換装置から商用電源に切替える電源切
換手段と、前記同期渋滞検出手段により同期渋滞が検出
されると前記周波数変換装置を制御する速度制御手段の
借入時速度基準を前記電圧位相制御手段から出力される
電圧位相偏差の初期量が負荷の大きさに応じた値となる
ように可変して再度同期制御を行なわせる併入時速度基
阜可変手段とを設ける構成としたものである。

（作　用） したがって、このような構成の本発明による交流電動機
の制御装置にあっては、同期併入指令により同期併入動
作が行なわれているとき、同期渋滞検出手段により負荷
変動等により同期渋滞が検出されると周波数変換装置を
制御する俳人時速度制御基準を負荷の大きさに応じて電
圧位相制御手段から出力される電圧位相偏差の初期値が
定まるように可変することで、周波数変換装置の出力電
圧位相が商用電源の電圧位相と一致するよう１こ動作し
、再併入動作を安定に短時間で完了させることが可能と
なる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

第１図において、符号１〜４および１４．１５で示す主
回路部分並びに符号６，７で示す制御回路部分は、すで
に述べた第４図のものと同一であり、それら個々の説明
は省略する。商用同期俳人を行なう場合を中心として以
下説明する。第１図に示すように速度検出器１６により
誘導電動機ｌの回転速度ω、を検出し、これを速度設定
回路１７により設定された速度乱準ω、　と比較し、両
者の偏差として速度偏差Δω、を算出する。速度制御回
路１９により、この速度偏差Δω、が零（Δω、−０）
になるように、−次組流のトルク電流成分１１ｏの制御
を行なう。他方、誘導電動機１の磁束Φは、磁束検出回
路２３により直接検出するか、又は誘導電動機１の電圧
、電流等から演算により求められる。この磁束Φと磁束
基準演算回路２１により設定される磁束基準Φ８とを比
較し、その偏差すなわち磁束偏差が零になるように磁束
制御回路２２により一次電流の励磁電流成分ｉ＋＋＋が
制御される。トルク電流成分ｉ７．と励磁電流成分ｊ＋
ａとから電流基準演算回路２０は一次電流１１！”を求
める。電流制御回路６はこの一次電流基準！＋　　と検
出された一次電流１１とを比較制御し、すでに述べたよ
うに位相制御回路７に対して位相基準ｐを与える。位相
制御回路７は整流器２に点弧信号αを与え、最終的に誘
導電動機１の一次電流１１の振幅が制御される。トルク
電流成分ｉ、、と励磁Ｔｄ流酸成分ｅａとから位相角演
算回路２４により誘導電動機１の磁束Φと一次電流１１
との位相角θ。、を算出する。また、磁束Φとトルク電
流成分ｉ、ｑとからすべり角演算回路２５がすべり角θ
、を算出する。回転子位置演算回路２６は回転速度ω、
を積分し、ロータ位置角θ２を算出する。すべり角θ、
とロータ位置角θ７とから磁束位相演算回路２７が磁束
位相θ。

を算出する。−次組流位相演算回路２８は磁束位相θ。

および位相角θ。１から一次電流の位相θを求め、これ
をインバータ４に与え、最終的に誘導電動機１の一次電
流の位相θ１が制御される。

このようにして整流器２とインバータ４により誘導電動
機１の一次電流ベクトルが制御される。

一方、速度制御回路１９の速度基準としては、同期併入
指令により併入時速度基準設定回路４７に設定された借
入時速度基準Ｈｏω、８に切換可能になっており、また
この併入時速度基準設定回路４７の借入時速度基準Ｈｏ
ω、８は誘導電動機１の一次電流のうちトルク発生に寄
与するトルク電流基準により可変可能になっている。ま
た位相比較回路１２から出力される位相偏差Δθはロー
パスフィルタ１３により速度偏差ΔＳとし、これを速度
基準に加算されるようにしている。

次に上記のように構成された交流電動機の制御装置の作
用を述べる。

いま、インバータ側開閉器１５が閉となった状態にある
とすれば、誘導電動機１は周波数変換器によって速度基
準設定回路１７で設定された速度基準ω、８に従って運
転されている。このような状態にあるとき、併入指令Ｈ
ｏが入力されると、まず速度基準は併入時速度基準設定
回路４７の出力ＨＯω、″に切換えられる。また、この
とき位相比較回路１２は電圧位相演算回路１１ａで求め
られた商用電源位相θ１．と電圧位相演算回路１１ｂで
求められたインバータ出力電圧位相θ、との位相偏差Δ
θを算出し、ローパスフィルタ１３に与えている。この
ローパスフィルタ１３では位相偏差Δθを比例積分演算
により速度偏差ΔＳを得、この速度偏差ΔＳと前述した
併入時速度基準Ｈａω、′を加算し、その値から速度検
出器１６で検出された回転速度ω、を減算して速度制御
回路１つに入力する。

したがって、位相比較回路１２、ローパスフィルタ１３
、速度制御回路１９、すべり色演算回路２５、磁束位相
演算回路２７及び−次電流位相演算回路２８の部分でフ
ェーズロックドループ、すなわちＰＬＬループを構成し
、インバータ出力電圧位相θ、が商用電源電圧位相θ３
．と一致する様に動作する。そして、位相比較回路１２
から出力される位相偏差Δθが設定された時間内におい
である許容範囲内に入ったことが遮断器開閉タイミング
回路４５により判別されると、商用電源側開閉器１４に
対して閉指令ＳＷ１を出力し、商用電源の通電を開始す
る。

次に商用電源開閉器１４が完全に閉路したことを条件に
周波数変換器は通電を停止し、しかる後遮断器開閉タイ
ミング回路４５はインバータ側開閉器１５に対して開指
令ＳＷ３を出力し、これによりインバータ側開閉器１５
を開路して俳人動作を完了する。

しかしながら、位相比較回路１２の出力Δθが同期渋滞
検出回路４８で設定された時間がたってもある許容範囲
内に入らなかった場合には、同期渋滞検出回路４８は変
換器のシーケンスを併入指令Ｈｏ入力前の状態に戻す。

ここで、併入時速度基章設定回路４７に設定された併入
時速度基準はその時のトルク電流成分１１ｇによって決
まる出力Ｈｏω、１に可変される。

第２図にトルク電流成分１１ｇと併入時速度基準設定回
路４７の出力ＨＯω、′の関係を示す。すなわち、負荷
が増大するに従って前記ＰＬＬの量が増加して行くため
、そのときのトルク電流成分１１ｇにより併入時速度基
弗設定回路４７の併入時速度基準Ｈｏω、ゞは低下し、
これにより位相偏差Δθの初期量を増加させることがで
きる。

したがって、この状態で再併入操作指令ＨＯを出力すれ
ば、併入時速度基準設定回路４７からはトルク電流成分
ＩＩ８によって決められた併人時速度基ＱＨｏω、′が
出力される。またこの状態において位相比較回路１２は
商用電源位相θ５．とインバータ出力電圧位相θ、との
偏差Δθを算出してローパスフィルタ１３に加えられる
。このローパスフィルタ１３はΔθを比例積分演算を行
ない、速度偏差ΔＳを出力する。これにより、速度偏差
ΔＳと再併入時速度偏差Ｈｏω、　とが加算され、その
値から速度帰還ω、を減算して速度制御回路１９に入力
される。この様に構成すると位相比較回路１２、ローパ
スフィルタ１３、速度制御回路１９、すべり色演算回路
２５、磁束位相演算回路２７及び−次電流位相演算回路
２８の部分でフェーズロックドループ、すなわちＰＬＬ
ループを構成し、インバータ出力電圧位相θ、が商用電
源電圧位相θ２．と一致する様に動作する。位相比較回
路１２の出力Δθが同期渋滞検出回路４８に設定１され
た時間内においである許容範囲内に予定時間入ったこと
が検出されると、その出力によりしゃ断器開閉タイミン
グ回路４５はまず商用側開閉器１４に対して閉指令ＳＷ
Ｉを出ツノし、電動機１を商用電源で通電する。

次に、商用側開閉器が完全に閉路したことをもって周波
数変換器の通電を停止した後、しゃ断器開閉タイミング
回路４５からインバータ側開閉器１５に開指令ＳＷ３を
出力してインバータ側開閉器１５を開路し、俳人動作を
完了する。

このように本実施例によれば、同期渋滞後の再併入時に
おいて、負荷の大きさに応じて位相比較回路１２から出
力される位相差Δθの初期値を決めることによって、再
併入動作を安定に短時間で完了させることが可能となり
、しいては、俳人操作開始から完了までを短時間で行な
うことが可能となる。

次に本発明の異なる他の実施例を第３図に示す。

第３図において、第１図と同一の構成要素についてはそ
の説明を略す。第１図と異なる点は同期渋滞後の再併入
時の速度基ＱＨｏω、８を求めるためにすべり周波数ω
、を用いていることである。

即ち、すべり角演算回路２５は磁束Φとトルク電流成分
ｌａ１からすべり角θ、を算出するが、その過程におい
てすべり角θ、を時間微分することによってすべり周波
数ω、を算出しその値によって同期渋滞後の再併入速度
基準Ｈｏω２′を決めるようにしたものである。

以上の説明では制御装置の構成例として電流形インバー
タを例にとって説明したが、本発明はこれに限定される
ものではなく、トルク電流基準もしくはすべり周波数を
算出し得る変換器ならばその形式鍾類は問わない。

（発明の効果） 以上述べた様に本発明によれば、可変周波数電源により
給電されて交流電動機を速度制御し、高い速度精度を維
持しながら同期併入方式により商用電源に切換える場合
、負荷の変動等で同期渋滞になっても再併入時の負荷の
大きさによらず制御装置の出力電圧を商用電源電圧に短
時間で同期させ安定に切換えることが可能となり、しい
ては併入指令を人力してから完了するまでの時間を短縮
することができる交流電動機の制御装置を提供できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明を実施する装置の一例を示すブロック図
、第２図はトルク電流成分の大きさに応じた俳人時速度
設定基準の変化を示す図、第３は本発明の他の実施例を
示すブロック図、第４図は従来の制御装置のブロック図
である。 ＰＳ・・・商用電源、１・・・誘導電動機、２・・・整
流器、３・・・直流リアクトル、４・・・インバータ、
６・・・電流制御回路、７・・・位相制御回路、１１・
・・電圧位相演算回路、１２・・・位相比較回路、１３
・・・ローパスフィルタ、１４・・・商用電源側開閉器
、１５・・・インバータ側開閉器、１６・・・速度検出
器、１７・・・速度基準設定回路、１つ・・・速度制御
回路、２ｏ・・・電圧位相演算回路、２１・・・磁束基
準演算回路、２２・・磁束演算回路、２３・・・磁束検
出回路、２４・・・位相角演算回路、２５・・・すべり
角演算回路、２６・・・回転子位置演算回路、２７・・
・磁束位相演算回路、２８・・・−次電流位相演算回路
、４２・・・インバータ側電圧検出器、４４・・・商用
電源側電圧検出器、４５・・・遮断器開閉タイミング回
路、４７・・・併入時速度基準設定回路、４８・・・同
期１３セ滞検出回路。 出願人代理人　　弁理士　鈴江武彦 第 図 第 図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 交流電動機を商用電源、又は周波数変換装置の何れかに
   切換接続して給電され、且つ前記交流電動機が前記周波
   数変換装置より給電されているとき前記交流電動機の回
   転数を検出しこれを所定の速度基準と比較してその偏差
   により前記交流電動機の回転数を制御する速度制御手段
   を備えた交流電動機の制御装置において、前記交流電動
   機が前記周波数変換装置により運転されている状態で前
   記商用電源に切換えるべく同期併入指令が出されると前
   記速度制御手段の速度基準を併入時速度基準に切替える
   速度基準切換手段と、前記周波数変換装置の電圧位相お
   よび前記商用電源の電圧位相をそれぞれ検出し、その電
   圧位相偏差に応じて前記速度制御手段の速度偏差を制御
   して前記周波数変換装置の出力電圧が前記商用電源のそ
   れに同期するように制御する電圧位相制御手段と、この
   電圧位相制御手段から出力される電圧位相偏差が所定時
   間内に許容範囲に入っているか否かにより同期渋滞の有
   無を検出する同期渋滞検出手段と、この同期渋滞検出手
   段により同期渋滞が無いことを検出すると前記交流電動
   機への給電を周波数変換装置から商用電源に切替える電
   源切換手段と、前記同期渋滞検出手段により同期渋滞が
   検出されると前記周波数変換装置を制御する速度制御手
   段の併入時速度基準を前記電圧位相制御手段から出力さ
   れる電圧位相偏差の初期量が負荷の大きさに応じた値に
   なるように可変して再度同期制御を行なわせる併入時速
   度基準可変手段とを設けたことを特徴とする交流電動機
   の制御装置。