(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システムであって、固定子電圧調整ユニット（１）、モータユニット（２）、回転子速度制御ユニット（３）、ブリッジインバータユニット（４）、制御駆動ユニット（５）及びシグナル・コンディショニング・ユニット（６）を備える制御システムにおいて、
前記固定子電圧調整ユニット（１）は、第１の固定子電圧調整モジュール（１.１）から第Ｎの固定子電圧調整モジュール（１.Ｎ）からなる複数の固定子電圧調整モジュールを備え、
前記モータユニット（２）は、第１のモータ（Ｍ１）から第Ｎのモータ（ＭＮ）からなる複数のモータを備え、
前記回転子速度制御ユニット（３）は、第１の回転子速度制御モジュール（３.１）から第Ｎの回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）からなる複数の回転子速度制御モジュールを備え、回転子電圧及びチョッパ電流を入力電圧の制御信号として検出し、電圧の変化を制御することによって入力電力を回転速度の変化に応じて変化させるように調整し、
前記ブリッジインバータユニット（４）は、リアクトルＬ１、シリコン制御整流子群ＫＰ４とＫＰ７、ＫＰ５とＫＰ８、ＫＰ６とＫＰ９、抵抗器群Ｒ４とＲ７、Ｒ５とＲ８、Ｒ６とＲ９、コンデンサ群Ｃ８、Ｃ９とＣ１４、Ｃ１５；Ｃ１０、Ｃ１１とＣ１６、Ｃ１７；Ｃ１２、Ｃ１３とＣ１８、Ｃ１９を備え、リアクトルＬ１のＨ点がシリコン制御整流子群ＫＰ４、ＫＰ５、ＫＰ６のアノードと接続され、シリコン制御整流子群ＫＰ４とＫＰ７、ＫＰ５とＫＰ８、ＫＰ６とＫＰ９の接続点がそれぞれ３相電源のＡ、Ｂ、Ｃ端と順次接続されており、
前記制御駆動ユニット（５）は、第１の制御駆動モジュール（５.１）から第Ｎの制御駆動モジュール（５.Ｎ）からなる複数の駆動制御モジュールを備え、
前記シグナル・コンディショニング・ユニット（６）は、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）から第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）からなる複数のシグナル・コンディショニング・モジュールを備え、
前記制御駆動ユニット（５）は、前記シグナル・コンディショニング・ユニット（６）からの信号を受信し、前記固定子電圧調整ユニット（１）および前記回転子速度制御ユニット（３）の動作が制御される、
ことを特徴とする一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項２】
前記第１の固定子電圧調整モジュール（１.１）に固定子電圧レギュレータ群ＫＰ１１、ＫＰ２１、ＫＰ３１、抵抗器群Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、コンデンサ群Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１、Ｃ６１が設けられ、且つＫＰ１１、Ｒ１１、Ｃ１１、Ｃ２１；ＫＰ２１、Ｒ２１、Ｃ３１、Ｃ４１；ＫＰ３１、Ｒ３１、Ｃ５１、Ｃ６１のように３つの通路に分けられ、各通路の入力端がそれぞれグリッド電源のＡＢＣの３相と順次接続され、その出力端がそれぞれ第１のモータＭ１の３つの固定子と順次接続され、３つの固定子内に接続された３相電線に力率センサＧ１が設けられており、
前記第Ｎの固定子電圧調整モジュール（１.Ｎ）に固定子電圧レギュレータ群ＫＰ１Ｎ、ＫＰ２Ｎ、ＫＰ３Ｎ、抵抗器群Ｒ１Ｎ、Ｒ２Ｎ、Ｒ３Ｎ、コンデンサ群Ｃ１Ｎ、Ｃ２Ｎ、Ｃ３Ｎ、Ｃ４Ｎ、Ｃ５Ｎ、Ｃ６Ｎが設けられ、且つＫＰ１Ｎ、Ｒ１Ｎ、Ｃ１Ｎ、Ｃ２Ｎ；ＫＰ２Ｎ、Ｒ２Ｎ、Ｃ３Ｎ、Ｃ４Ｎ及びＫＰ３Ｎ、Ｒ３Ｎ、Ｃ５Ｎ、Ｃ６Ｎのように３つの通路に分けられ、各通路の入力端がそれぞれグリッド電源のＡＢＣの３相と順次接続され、その出力端がそれぞれ第１のモータＭ１の３つの固定子と順次接続され、３つの固定子内に接続された３相電線に力率センサＧＮが設けられている、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項３】
前記第１のモータＭ１の３つの固定子がそれぞれ第１の固定子電圧調整モジュール（１.１）のうちの３つの固定子電圧レギュレータＫＰ１１、ＫＰ２１及びＫＰ３１それぞれの出力端に順次対応して接続され、３つの回転子がそれぞれ第１の回転子速度制御モジュール（３.１）のうちの整流器Ｚ１の３つの入力端に順次対応して接続され、
前記第ＮのモータＭＮの３つの固定子がそれぞれ第Ｎの固定子電圧調整モジュール（１.Ｎ）のうちの３つの固定子電圧レギュレータＫＰ１Ｎ、ＫＰ２Ｎ及びＫＰ３Ｎそれぞれの出力端に順次対応して接続され、３つの回転子それぞれが第Ｎの回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）のうちの整流器ＺＮの３つの入力端に順次対応して接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項４】
前記第１の回転子速度制御モジュール（３.１）には、整流器Ｚ１、チョッパＩＧＢＴ１、過電圧保護デバイスＵＲ１、アイソレータ群Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１及びフィルタコンデンサＣ７１が設けられ、整流器Ｚ１の３つの入力端及びモータＭ１の３つの回転子の３相電線にホール電圧センサＨ１１が設けられ、アイソレータＤ１１の負極とアイソレータＤ２１の正極Ｑ１点との間にホール電流センサＨ２１が設けられ、アイソレータの正極Ｑ１点と過電圧保護デバイスＵＲ１上方のＳ１点との間にホール電流センサＨ３１が設けられ、アイソレータＤ２１の正極Ｑ１点とチョッパＩＧＢＴ１のアノードＴＣ１との間にホール電流センサＨ４１が設けられ、
前記第Ｎの回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）には整流器ＺＮ、チョッパＩＧＢＴＮ、過電圧保護デバイスＵＲＮ、アイソレータ群Ｄ１Ｎ、Ｄ２Ｎ、Ｄ３Ｎ及びフィルタコンデンサＣ７Ｎが設けられ、整流器ＺＮの３つの入力端及び第１のモータＭＮの３つの回転子の３相電線にホール電圧センサＨ１Ｎが設けられ、アイソレータＤＮの負極とアイソレータＤ２Ｎの正極ＱＮ点との間にホール電流センサＨ２Ｎが設けられ、アイソレータの正極ＱＮ点と過電圧保護デバイスＵＲＮ上方のＳＮ点との間にホール電流センサＨ３Ｎが設けられ、アイソレータＤ２Ｎの正極ＱＮ点とチョッパＩＧＢＴＮのアノードＴＣＮとの間にホール電流センサＨ４Ｎが設けられる、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項５】
第１の制御駆動モジュール（５.１）にはマイクロプロセッサＵ３１、増幅ドライバＵ４１及びトリガードライバＵ５１が設けられ、マイクロプロセッサＵ３１の第１０ピン及び第１１ピンがそれぞれ増幅ドライバＵ４１の第１５ピン及び第１４ピンと順次接続され、
且つ増幅ドライバＵ４１の第３ピンが第１の回転子速度制御モジュール３.１のチョッパＩＧＢＴ１のゲート電極ＴＧ１と交差して第３点Ｆに接続され、マイクロプロセッサの第２０ピンがトリガードライバＵ５１の第１１ピンと接続され、トリガードライバＵ５１の第３、４、５、６、７、８ピンがそれぞれ第１の固定子電圧調整モジュール１.１のＡＧ１、ＡＫ１、ＢＧ１、ＢＫ１、ＣＧ１、ＣＫ１の各点と順次直接接続され、
前記第Ｎの制御駆動モジュール（５.Ｎ）にはマイクロプロセッサＵ３Ｎ、増幅ドライバＵ４Ｎ及びトリガードライバＵ５Ｎが設けられ、マイクロプロセッサＵ３Ｎの第１０ピン及び第１１ピンがそれぞれ増幅ドライバＵ４Ｎの第１５ピン及び第１４ピンと順次接続され、増幅ドライバＵ４Ｎの第３ピンが第１の回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）のチョッパＩＧＢＴＮのゲート電極ＴＧＮと交差して第４点Ｇに接続され、マイクロプロセッサの第２０ピンがトリガードライバＵ５Ｎの第１１ピンと接続され、トリガードライバＵ５Ｎの第３、４、５、６、７、８ピンがそれぞれ第１の固定子電圧調整モジュール１.ＮのＡＧＮ、ＡＫＮ、ＢＧＮ、ＢＫＮ、ＣＧＮ、ＣＫＮの各点と順次直接接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項６】
前記第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）にはシグナルプロセッサＵ１１及びＡ／ＤコンバータＵ２１が設けられ、更に第１の制御駆動モジュールのマイクロプロセッサＵ３１と接続され、
前記第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）には、シグナルプロセッサＵ１Ｎ及びＡ／ＤコンバータＵ２Ｎが設けられ、更に第１の制御駆動モジュール（５.１）のマイクロプロセッサＵ３Ｎと接続される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項７】
前記第１のモータＭ１の３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧Ｕφ１及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧ＵＩ１それぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第１ピン及び第２ピンに伝送され、
前記第ＮのモータＭＮの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧ＵφＮ及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧ＵＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第１ピン及び第２ピンに伝送され、
前記第１のモータの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧Ｕ１及び第ＮのモータＭＮの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧ＵＮがそれぞれ、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第３ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）のシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第３ピンに順次伝送される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項８】
前記第１の回転子速度制御モジュール（３.１）の整流器Ｚ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）の整流器ＺＮそれぞれの出力直流電流から変換された直流電圧ＵＤＩ１及びＵＤＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第４ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）のシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第４ピンに順次伝送される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【請求項９】
前記第１の回転子速度制御モジュール（３.１）において過電圧保護デバイスＵＲ１を流れる電流から変換された直流電圧ＵＤＹ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール（３．Ｎ）において過電圧保護デバイスＵＲＮを流れる電流から変換された直流電圧ＵＤＹＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第５ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）のシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第５ピンに伝送され、
前記第１の回転子速度制御モジュール（３.１）においてチョッパＩＧＢＴ１を流れる電流から変換された直流電圧ＵＴＩ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール（３.Ｎ）においてチョッパＩＧＢＴＮを流れる電流から変換された直流電圧ＵＴＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール（６.１）のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第６ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール（６.Ｎ）のシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第６ピンに伝送される、
ことを特徴とする請求項１に記載の一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、一つブリッジインバータにより複数のモータを駆動する制御システムに関し、特に一つブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今の世界中では電気エネルギーを機械的エネルギーに変換するのは実質的にモータにより達成される。海外資料によると、米国、日本、フランス、ロシアの４カ国のモータにより消費された電力は、工業消費電力の総量に対して６０％を超える割合を占め、調査により、中国の幾つかのメイングリッドでは、モータにより消費された電力は、工業消費電力の総量に対して６０％〜６８％を占め、先進国の割合とはほぼ同じであることが分かる。そのため、世界各国は、モータの経済的な運転を促進するために、高度な技術と設備の様々な開発が積極的に行われている。中国では、モータの経済的な運転を促進するための装置及び技術の開発に顕著な成果と経験を得た。
【０００３】
パワーエレクトロニクス技術、マイクロ電子技術、制御技術及び製造プロセスなどの開発に従って、速度制御装置の種類が様々となって来た。そのうち、可変周波数速度制御は、最高の性能を有し、最も将来性を有するデバイスである。特に、ベクトル制御技術及び直接トルク制御技術の適用で、インバータ技術は徐々に成熟となり、幅広い速度制御範囲、高精度の安定した速度、速い動的応答、及び直交座標系中の４つの象限内での可逆動作性能を有するため、交流伝送の場合に最も多く適用され、その速度制御性能が直流伝送の場合と完全に匹敵でき、代わる傾向を有する。
【０００４】
現在、商業化された大型電力電子デバイス及びインバータの製造は依然として、主にドイツのシーメンス・エレクトリック・ドライブ、フィンランドのＶＡＣＯＮ社、スイスのＡＢＢ社、フランスのシュナイダーエレクトリック社、及び日本の安川電機などの世界的に有名な企業で行われる。上述した先進国の工業製品は、中国の関連分野でも幅広く適用されている。しかしながら、これらの製品は、電気的機能ごとに１つの周波数変換器が用いられ、しかも周波数変換器ごとに１つのブリッジインバータを配置する必要があり、更に可変周波数速度制御システムにエネルギーフィードバック機能を必要としている場合は、別のブリッジインバータを追加する必要がある。システムが大規模で複雑となり、安定性が悪いだけでなく、保守性も良くなく、価格も高いことは明らかである。
【０００５】
上述した従来のインバータ技術にある欠陥に対して、本発明者は、１つのインバータブリッジにより複数のモータを駆動して非同期で回転子可変周波数速度制御システムを同時に実現する方法について、クレーン、オイルポンプ、注水ポンプ及びボールマシン等で様々な試験が行われ、更に交流及び直流装置のためにキャビネット及び筺体を設計、製造し、大量生産及び応用を実施し、良い結果を得た。同時に、３つの発明特許を出願し、いずれも国家知識産権局により授権されており、その出願番号はそれぞれ「ＺＬ  ２００８１００９４１４７．６」、「ＺＬ  ２００８１００４８７３２．２」及び「ＺＬ  ２００８１００４８２５２．２」である。
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、電気伝送システムにおいて、モータのパワー・バランス方程式に基づいて、
Ｐ１＝３Ｕ１Ｉ１ＣＯＳφ１
であり、
式中、Ｐ１：モータ入力電力（ＫＷ）；
Ｕ１：固定子巻線の相電圧（ＫＶ）；
Ｉ１：固定子巻線の相電流（Ａ）；
φ１：相電圧と相電流とのなす角；
３Ｕ１Ｉ１ＣＯＳφ１：モータ力率。
【０００７】
一方、分析を容易にするために、モータ固定子の銅損及び鉄損並びに回転子の機械的損失を考慮しない前提で、更に
Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐｓ
である。
【０００８】
ここで、Ｐ２は、モータ出力電力、即ち、負荷電力である。
【０００９】
Ｐｓは、モータのすべり電力、即ち、モータ速度調整後に、ブリッジインバータによりグリッドまたはモータにフィードバックされた電力である。
【００１０】
更に、Ｐｓ＝ＳＰ１
従って、Ｐ１＝Ｐ２＋Ｐｓ
＝Ｐ２＋ＳＰ１
又は、Ｐ２＝Ｐ１−ＳＰ１
＝Ｐ１（  １−Ｓ  ）
電気伝送システムに基づいて、モータのスリップ率Ｓは、
0005951016.tif 000002
【００１１】
0005951016.tif 000003
【００１２】
である。
【００１３】
従って、
0005951016.tif 000004
【００１４】
即ち、
0005951016.tif 000005
【００１５】
式中、Ｎｏ：モータ回転子の同期回転速度；
Ｎ：モータ回転子の瞬時回転速度。
【００１６】
モータ回転子の同期回転速度Ｎｏが定数であるので、上式から分かるように、モータ出力電力Ｐ１がモータ出力電力Ｐ２（即ち、負荷）及びモータ回転子の瞬時回転速度Ｎと同時に密接に関連している。
【００１７】
上記の分析をまとめて、電気伝送システムにおいて、一般的に、モータ回転子の回転速度が一定で、システム負荷が瞬時に変化する第１の動作状態と、システム負荷が一定で、モータ回転子の回転速度が瞬時に変化する第２の動作状態と、システム負荷及びモータ回転子の回転速度が瞬時に変化する第３の動作状態との３つの動作状態を有することは、明らかである。
【００１８】
従来のモータ設計容量が電気伝送システムの要件を完全に満たすことができないことに鑑みて、モータが高効率領域で一定に運転できない。現在、電気伝送システムの実際の動作において、人々は第１又は第２の動作状態の電気伝送システムのみに寄与した。前記第１及び第２の動作状態の電気伝送システムは、「モータの省エネ改良のための実用ハンドブック」（上海科学出版社）及び関連する特許文献に開示されていた。しかしながら、科学技術の急速な発展に伴い、省エネ化が急務になるため、第３の動作状態に適用可能な電気伝送制御システムの登場が期待される。
【課題を解決するための手段】
【００１９】
本発明の目的は、システム負荷及びモータ回転子の回転速度が瞬時に変化する場合、即ち、前記第３の動作状態の電力伝送制御システムを提供することである。該技術案は、一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度の変化に応じて変化させる制御システムである。即ち、ブリッジインバータにより複数のモータを駆動し、入力電力を電気伝送システムにおける各負荷の瞬時変化に応じて変化させるとともに、入力電力を電力伝送システムにおける各機能モータの回転速度の瞬時変化に応じて変化させ、しかも、各モータが独立に動作し、同期協働し、リアルタイムに制御され、互いに干渉しない。
【００２０】
また、本発明は、エネルギーフィードバック機能を備え、即ち、ブリッジインバータにより出力された交流電力がグリッド電力と同じ周波数及び同じ位相の形で、エネルギーをグリッド又はモータにフィードバックし、モータの「逆発電」という問題を解決し、効果的に省エネを行う。
【００２１】
上述の目的を実現するために、本発明は、下記の技術案を用いる。
【００２２】
一つのブリッジインバータにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システムであって、
固定子電圧調整ユニット１、モータユニット２、回転子速度制御ユニット３、ブリッジインバータユニット４、制御駆動ユニット５及びシグナル・コンディショニング・ユニット６の６部分からなり、そのうち、
前記固定子電圧調整ユニット１は、第１の固定子電圧調整モジュール1.1から第Ｎの固定子電圧調整モジュール１.Ｎからなる複数の固定子電圧調整モジュールを備え、力率を入力電圧の制御信号として検出して、電圧の変化を制御することによって入力電力を負荷の変化に応じて変化させるように調整する。
【００２３】
前記モータユニット２は、第１のモータＭ１から第ＮのモータＭＮからなる複数のモータを備え、非同期で電力伝送システムの各動作を同時に実行する。
【００２４】
前記回転子速度制御ユニット３は、第１の回転子速度制御モジュール3.1から第Ｎの回転子速度制御モジュール３.Ｎからなる複数の回転子速度制御モジュールを備え、回転子電圧及びチョッパ電流を入力電圧の制御信号として検出して、電圧の変化を制御することによって入力電力を回転速度の変化に応じて変化させるように調整する。
【００２５】
前記ブリッジインバータユニット４は、各機能モータの回転子から出力された異なる周波数の交流信号を整流することにより直流信号に変換し、グリッド電力と同じ周波数同じ位相の商用周波交流信号に逆変換し、そのエネルギーをグリッド又はモータへ効果的にフィードバックする。
【００２６】
前記制御駆動ユニット５は、第１の制御駆動モジュール５.１から第Ｎの制御駆動モジュール５.Ｎからなる複数の制御駆動モジュールを備え、シグナル・コンディショニング・ユニット６からのデジタル信号を受信し、デジタル処理して増幅駆動することによって、固定子電圧調整ユニット及び回転子速度制御ユニットの動作がリアルタイムに順次制御され、入力電力が同時に負荷及び回転速度の変化に応じて変化するオンライン制御は実現される。
【００２７】
前記シグナル・コンディショニング・ユニット６は、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１から第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.Ｎからなる複数のシグナル・コンディショニング・モジュールを備え、固定子電圧調整ユニット及び回転子速度制御ユニットそれぞれのセンサにより検出された関連信号を受信し、信号処理及びＡ／Ｄ変換を行い、それに応じたデジタル信号をそれぞれ対応する制御駆動ユニットへ伝送し、リアルタイム処理及び制御応用を行う。
【００２８】
本発明の技術案は、固定子相電圧及び相電流からなるモータのオンラインリアルタイム力率をシステム全体の入力電圧の制御信号として検出し、入力された電圧信号の変化を制御することによって入力電力の大きさを負荷の変化に応じて変化させるように制御し、一方、回転子インバータ技術を用いるとともにモータ回転子電圧、整流器出力電流、過電圧保護電流及びチョッパ動作電流をシステム全体の入力電圧の制御信号として検出し、入力された電圧信号の変化を制御することによってチョッパの動作を制御し、即ち、入力電力の大きさを回転速度の変化に応じて変化させるように調整することに相当する。実際に、前記各信号の検出が各センサを設けることによって行われ、その対応する変化が各マイクロプロセッサによりそのメインプログラムの制御の基で実現された。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の有益な効果は次のとおりである。本発明は、ソフトウェアのアップグレードに基づいており、ハードウェアのアップグレードより良いものであると同時に、開発時に、ソフトウェアでデバッグすることで、通常、ハードウェアの物理的な損傷を引き起こすことがないという全体構想に基づいて、本発明は、複数のマイクロプロセッサ（ＣＰＵ）の操作システムを用い、シャント機能のモジュラー化回路構造設計を用い、インターフェース規格を明確し、シグナル・コンディショニング手段を内蔵することによって、簡単な機械構造及びハードウェアプラットフォームの構築を基礎として、ハードウェアの代わりにソフトウェアを用いることを中心に、ソフトウェア制御の技術を十分に利用し、システムのリアルタイム制御を実施し、入力電力が同時に負荷及び回転速度の変化に応じて変化する動作状態を実現するとともに、１つのブリッジインバータですべり電力エネルギーをグリッド又はモータへ効果的にフィードバックすることが確保される。設計に新規性を有し、構造が合理的で、操作が信頼でき、保守性がよく、省エネ効果が明らかで、幅広く応用できるという特徴を有する。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】本発明の全体的な回路の概略ブロック図である。
【図２】本発明の６つのユニットの接続回路図である。
【図３】本発明の第１、２、３ユニットの回路拡大図である。
【図４】本発明の４、５、６ユニットの回路拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１〜図４は、本発明の具体的な実施例である。
【００３２】
図１、図２に示すように、本発明は、固定子電圧調整ユニット１、モータユニット２、回転子速度制御ユニット３、ブリッジインバータユニット４、制御駆動ユニット５及びシグナル・コンディショニング・ユニット６から一体的に構成され、その内、
前記固定子電圧調整ユニット１は、第１の固定子電圧調整モジュール１.１から第Ｎの固定子電圧調整モジュール１.Ｎからなる複数の固定子電圧調整モジュールを備え、ここで、前記Ｎは複数を意味している。
【００３３】
図３に示すように、前記第１の固定子電圧調整モジュール１.１に固定子電圧レギュレータ群ＫＰ１１、ＫＰ２１、ＫＰ３１、抵抗器群Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１、コンデンサ群Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１、Ｃ６１が設けられ、且つＫＰ１１、Ｒ１１、Ｃ１１、Ｃ２１；ＫＰ２１、Ｒ２１、Ｃ３１、Ｃ４１；及びＫＰ３１、Ｒ３１、Ｃ５１、Ｃ６１のように３つの通路に分けられ、各通路の入力端がそれぞれグリッド電源のＡＢＣの３相と順次接続され、その出力端がそれぞれ第１のモータＭ１の３つの固定子と順次接続され、３つの固定子内に接続された３相電線に力率センサＧ１が設けられており、
図３に示すように、前記第Ｎの固定子電圧調整モジュール１.Ｎに固定子電圧レギュレータ群ＫＰ１Ｎ、ＫＰ２Ｎ、ＫＰ３Ｎ、抵抗器群Ｒ１Ｎ、Ｒ２Ｎ、Ｒ３Ｎ、コンデンサ群Ｃ１Ｎ、Ｃ２Ｎ、Ｃ３Ｎ、Ｃ４Ｎ、Ｃ５Ｎ、Ｃ６Ｎが設けられ、且つＫＰ１Ｎ、Ｒ１Ｎ、Ｃ１Ｎ、Ｃ２Ｎ；ＫＰ２Ｎ、Ｒ２Ｎ、Ｒ３Ｎ、Ｒ４Ｎ及びＫＰ３Ｎ、Ｒ３Ｎ、Ｒ５Ｎ、Ｒ６Ｎのように３つの通路に分けられ、各通路の入力端がそれぞれグリッド電源のＡＢＣの３相と順次接続され、その出力端がそれぞれ第１のモータＭ１の３つの固定子と順次接続され、３つの固定子内に接続された３相電線に力率センサＧＮが設けられており、
図３に示すように、前記モータユニット２は、第１のモータＭ１から第ＮのモータＭＮからなる複数のモータを備え、第１のモータＭ１の３つの固定子それぞれが第１の固定子電圧調整モジュール１.１の３つの固定子電圧レギュレータＫＰ１１、ＫＰ２１及びＫＰ３１それぞれの出力端に順次対応して接続され、その３つの回転子が第１の速度制御モジュール３.１の整流器Ｚ１の３つの入力端に順次対応して接続され、第ＮのモータＭＮの３つの固定子それぞれが第Ｎの固定子電圧調整モジュール１．Ｎ  の３つの固定子電圧レギュレータＫＰ１Ｎ、ＫＰ２Ｎ及びＫＰ３Ｎそれぞれの出力端に順次対応して接続され、その３つの回転子それぞれが第Ｎの速度制御モジュール３．Ｎのうちの整流器ＺＮの３つの入力端に順次対応して接続される。
【００３４】
図３に示すように、前記回転子速度制御ユニット３は、第１の回転子速度制御モジュール３．１から第Ｎの回転子速度制御モジュール３．Ｎからなる複数の速度制御モジュールを備え、
図３に示すように、前記第１の回転子速度制御モジュール３.１には、整流器Ｚ１、チョッパＩＧＢＴ１、過電圧保護デバイスＵＲ１、アイソレータ群Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１及びフィルタコンデンサＣ７１が設けられ、整流器Ｚ１の３つの入力端及びモータＭ１の３つの回転子の３相電線にホール電圧センサＨ１１が設けられ、アイソレータＤ１１の負極とアイソレータＤ２１の正極Ｑ１点との間にホール電流センサＨ２１が設けられ、アイソレータの正極Ｑ１点と過電圧保護デバイスＵＲ１上方のＳ１点との間にホール電流センサＨ３１が設けられ、アイソレータＤ２１の正極Ｑ１点とチョッパＩＧＢＴ１のアノードＴＣ１との間にホール電流センサＨ４１が設けられ、
図３に示すように、前記第Ｎの回転子速度制御モジュール３.Ｎには整流器ＺＮ、チョッパＩＧＢＴＮ、過電圧保護デバイスＵＲＮ、アイソレータ群Ｄ１Ｎ、Ｄ２Ｎ、Ｄ３Ｎ及びフィルタコンデンサＣ７Ｎが設けられ、整流器ＺＮの３つの入力端及び第１のモータＭＮの３つの回転子の３相電線にホール電圧センサＨ１Ｎが設けられ、アイソレータＤＮの負極とアイソレータＤ２Ｎの正極ＱＮ点との間にホール電流センサＨ２Ｎが設けられ、アイソレータの正極ＱＮ点と過電圧保護デバイスＵＲＮ上方のＳＮ点との間にホール電流センサＨ３Ｎが設けられ、アイソレータＤ２Ｎの正極ＱＮ点とチョッパＩＧＢＴＮのアノードＴＣＮとの間にホール電流センサＨ４Ｎが設けられる。前記ユニットが回転子電圧及びチョッパ電流を入力電圧の制御信号として検出し、電圧の変化を制御することによって入力電力を回転速度の変化に応じて変化させるように調整する。
【００３５】
図４に示すように、前記ブリッジインバータユニット４は、リアクトルＬ１、シリコン制御整流子群ＫＰ４とＫＰ７、ＫＰ５とＫＰ８、ＫＰ６とＫＰ９、抵抗器群Ｒ４とＲ７、Ｒ５とＲ８、Ｒ６とＲ９、コンデンサ群Ｃ８、Ｃ９とＣ１４、Ｃ１５；Ｃ１０、Ｃ１１とＣ１６、Ｃ１７；Ｃ１２、Ｃ１３とＣ１８、Ｃ１９を備え、リアクトルＬ１のＨ点がシリコン制御整流子群ＫＰ４、ＫＰ５、ＫＰ６のアノードと接続され、シリコン制御整流子群ＫＰ４とＫＰ７、ＫＰ５とＫＰ８、ＫＰ６とＫＰ９の接続点が３相グリッド電源のＡ、Ｂ、Ｃ端と順次接続される。該ユニットは、各機能モータの回転子から出力された異なる周波数の交流信号を整流することにより直流信号に変換し、グリッド電力と同じ周波数同じ位相の商用周波交流信号に逆変換し、そのエネルギーをグリッド又はモータへ効果的にフィードバックする。
【００３６】
図４に示すように、前記制御駆動ユニット５は、第１の制御駆動モジュール５.１から第Ｎの制御駆動モジュール５.Ｎからなる複数の制御駆動モジュールを備える。
【００３７】
第１の制御駆動モジュール５.１にはマイクロプロセッサＵ３１、増幅ドライバＵ４１及びトリガードライバＵ５１が設けられ、マイクロプロセッサＵ３１の第１０ピン及び第１１ピンがそれぞれ増幅ドライバＵ４１の第１５ピン及び第１４ピンと順次接続され、増幅ドライバＵ４１の第３ピンが第１の回転子速度制御モジュール３．１のチョッパＩＧＢＴ１のゲート電極ＴＧ１と交差して第３点Ｆに接続され、マイクロプロセッサの第２０ピンがトリガードライバＵ５１の第１１ピンと接続され、トリガードライバＵ５１の第３、４、５、６、７、８ピンがそれぞれ第１の固定子電圧調整モジュール１.１のＡＧ１、ＡＫ１、ＢＧ１、ＢＫ１、ＣＧ１、ＣＫ１の各点と順次直接接続され、
図４に示すように、前記第Ｎの制御駆動モジュール５.ＮにはマイクロプロセッサＵ３Ｎ、増幅ドライバＵ４Ｎ及びトリガードライバＵ５Ｎが設けられ、マイクロプロセッサＵ３Ｎの第１０ピン及び第１１ピンがそれぞれ増幅ドライバＵ４Ｎの第１５ピン及び第１４ピンと順次接続され、増幅ドライバＵ４Ｎの第３ピンが第１の回転子速度制御モジュール３．ＮのチョッパＩＧＢＴＮのゲート電極ＴＧＮと交差して第４点Ｇに接続され、マイクロプロセッサの第２０ピンがトリガードライバＵ５Ｎの第１１ピンと接続され、トリガードライバＵ５Ｎの第３、４、５、６、７、８ピンがそれぞれ第１の固定子電圧調整モジュール１.ＮのＡＧＮ、ＡＫＮ、ＢＧＮ、ＢＫＮ、ＣＧＮ、ＣＫＮの各点と順次直接接続される。該制御駆動ユニット５は、シグナル・コンディショニング・ユニット６からのデジタル信号を受信し、デジタル処理して増幅駆動することによって、固定子電圧調整ユニット及び回転子速度制御ユニットの動作がリアルタイムに順次制御され、入力電力が同時に負荷及び回転速度の変化に応じて変化するオンライン制御は実現される。
【００３８】
図４に示すように、前記シグナル・コンディショニング・ユニット６は、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１から第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.Ｎからなる複数のシグナル・コンディショニング・モジュールを備え、
前記第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１にはシグナルプロセッサＵ１１及びＡ／ＤコンバータＵ２１が設けられ、更に第１の制御駆動モジュール５.１のマイクロプロセッサＵ３１と接続され、
前記第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.Ｎには、シグナルプロセッサＵ1Ｎ及びＡ／ＤコンバータＵ２Ｎが設けられ、更に第１の制御駆動モジュール５.１のマイクロプロセッサＵ３Ｎと接続され、
前記第１のモータＭ１の３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧Ｕ１及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧ＵＩ１それぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６．１のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第１ピン及び第２ピンに伝送され、
前記第ＮのモータＭＮの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧ＵＮ及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧ＵＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６．ＮのシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第１ピン及び第２ピンに伝送され、
前記第１のモータＭ１の３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧Ｕ１及び第ＮのモータＭＮの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧ＵＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第３ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.ＮのシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第３ピンに順次伝送される。
【００３９】
図３、図４に示すように、前記第１の回転子速度制御モジュール３.１の整流器Ｚ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール３.Ｎの整流器ＺＮそれぞれの出力直流電流から変換された直流電圧ＵＤＩ１及びＵＤＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第４ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.ＮのシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第４ピンに順次伝送される。
【００４０】
図３、図４に示すように、前記第１の回転子速度制御モジュール３.１において過電圧保護デバイスＵＲ１を流れる電流から変換された直流電圧ＵＤＹ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール３.Ｎにおいて過電圧保護デバイスＵＲＮを流れる電流から変換された直流電圧ＵＤＹＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第５ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６.ＮのシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第５ピンに伝送される。
【００４１】
前記第１の回転子速度制御モジュール３.１においてチョッパＩＧＢＴ１を流れる電流から変換された直流電圧ＵＴＩ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール３．ＮにおいてチョッパＩＧＢＴＮを流れる電流から変換された直流電圧ＵＴＩＮそれぞれが、第１のシグナル・コンディショニング・モジュール６.１のシグナルプロセッサＵ１１の入力端の第６ピン及び第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール６．ＮのシグナルプロセッサＵ１Ｎの入力端の第６ピンに伝送される。
【００４２】
前記第１の回転子速度制御モジュール３．１のアイソレータＤ３１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール３. ＮのアイソレータＤ３Ｎそれぞれの負極が同時にブリッジインバータユニット４のリアクトルＬ１の入力端と交差して第１点Ｄに接続される。
【００４３】
前記第１の回転子速度制御モジュール３.１におけるチョッパＩＧＢＴ１及び第Ｎの回転子速度制御モジュール３.ＮにおけるチョッパＩＧＢＴＮそれぞれの負極ＴＥ１及びＴＥＮが、ブリッジインバータユニット４におけるシリコン制御整流子群ＫＰ７、ＫＰ８、ＫＰ９それぞれの負極並びに第１の制御駆動モジュール５.１の増幅ドライバＵ４１及び第Ｎの制御駆動モジュール５.Ｎの増幅ドライバＵ４Ｎそれぞれの第１ピンと同時に交差して第２点Ｅに接続される。
【００４４】
本発明の各ユニットの一部の主な部品の仕様及び作用は次のとおりである。
【００４５】
Ｇ１及びＧＮは、型番がＷＢ９１２８で、モータの固定子相電圧及び相電流の信号を検出するための力率計である。
【００４６】
ＫＰ１１〜ＫＰ３１又はＫＰ１Ｎ〜ＫＰ３Ｎは、型番がＫＰ５００で、３００Ａ／１８００Ｖのトライアックからなる、モータ固定子電圧を調整するための固定子電圧レギュレータ群である。
【００４７】
Ｈ１１又はＨ１Ｎは、型番がＶＳＭ０２５Ａ、回転子電圧を検出するためのホール電圧センサであり、モータ回転子の回転速度を反映している。
【００４８】
Ｈ３１又はＨ３Ｎは、型番がＱＤＣ２１ＬＴＡで、過電圧保護デバイスＵＲ１又はＵＲＮのバリスタを流れるリーク電流により生じた直流バス過電圧信号を検出するためのホールリーク電流センサである。
【００４９】
Ｈ２１、Ｈ４１又はＨ２Ｎ、Ｈ４Ｎは、型番がＣＳＭ３００ＬＴで、それぞれに対応する直流バス電流及びチョッパ電流を検出するためのホール電流センサである。
【００５０】
ＩＧＢＴ１又はＩＧＢＴＮは、型番がＧＤ３００ＨＦＬ１２０Ｃ２Ｓであり、回転子電流、即ち、モータ回転速度を調整するためのチョッパである。
【００５１】
ＫＰ４〜ＫＰ９は、型番がＫＰ５００で、３００／１８００Ｖ、直流エネルギーをグリッド又はモータへフィートバックするブリッジインバータを構成ためのシリコン制御整流子である。
【００５２】
Ｕ３１又はＵ３Ｎは、型番がＡＴＭＥＧＡ６４で、システム状態信号を受信し、データ処理を行い、コマンドを発し、システム制御信号を提供するためのマイクロプロセッサである。
【００５３】
Ｕ４１、Ｕ４Ｎは、型番がＥＸ８４１で、マイクロ波プロセッサの信号を受信し、チョッパに必要なＰＷＭ信号を生じ、回転子の回転速度を制御するための増幅ドライバである。
【００５４】
Ｕ５１又はＵ５Ｎは、型番がＬＳＪＫ−Ｔ３ＳＣＲＨで、マイクロプロセッサのコマンドを受信し、固定子電圧レギュレータのトライアックに必要なトリガー信号を生成し、固定子電圧を調整するためのトリガードライバである。
【００５５】
Ｕ１１又はＵ１Ｎは、型番がＬＭ２５８で、システムの各通路センサにより検出された信号及びオンラインマスター電圧信号を取得し、対応するアナログ信号に処理し、Ａ／Ｄコンバータによりマイクロプロセッサで処理可能な対応するデジタル信号へ変換するためのシグナルプロセッサである。
【００５６】
残りの部材は、産業共通の部品である。
【００５７】
上記の実施例は、本発明の技術特徴及び実施可能性を説明するための好適な実施例に過ぎなく、本発明を限定するものではない。上記の説明は、当業者にとっては理解、実施できる。したがって、本発明で開示された前提から逸脱しない限り、行われた同等の変更又は修正は、いずれも前記の特許請求の範囲に包含されるものである。
【００５８】
本発明は、１つのブリッジインバータのみにより複数のモータを駆動することで入力電力を同時に負荷及び回転速度に応じて変化させる制御システムである。該システムは、創造性、新規性、実用性及び進歩性を備え、発明特許の出願要件に合致しており、特許法に基づいて出願される。
【符号の説明】
【００５９】
１：固定子電圧調整ユニット；
１.１：第１の固定子電圧調整モジュール；
１.Ｎ：第Ｎの固定子電圧調整モジュール；
Ｇ１-ＧＮ：力率センサ群；
ＫＰ１１、ＫＰ２１、ＫＰ３１…ＫＰ１Ｎ、ＫＰ２Ｎ、ＫＰ３Ｎ：固定子電圧レギュレータ群；
Ｃ１１、Ｃ２１、Ｃ３１、Ｃ４１、Ｃ５１、Ｃ６１…Ｃ１Ｎ、Ｃ２Ｎ１、Ｃ３Ｎ、  Ｃ４Ｎ、Ｃ５Ｎ、Ｃ６Ｎ：コンデンサ群；
Ｒ１１、Ｒ２１、Ｒ３１…Ｒ１Ｎ、Ｒ２Ｎ、Ｒ３Ｎ：抵抗器群；
Ｕφ１、ＵＩ１：第１のモータＭ１の３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧；
Ｕφ１、ＵＩ１：第ＮのモータＭＮの３つの固定子のうちのいずれか２相の相電圧及びいずれか１相の相電流から変換された直流電圧；
２：モータユニット；
Ｍ１：第１のモータ；
ＭＮ：第Ｎのモータ；
３：回転子速度制御ユニット；
３.１：第１の回転子速度制御モジュール；
３.Ｎ：第Ｎの回転子速度制御モジュール；
Ｚ１…ＺＮ：整流器群；
Ｈ１…ＨＮ：ホール電圧センサ群；
Ｈ２１、Ｈ３１、Ｈ４１…Ｈ２Ｎ、Ｈ３Ｎ、Ｈ４Ｎ：ホール電流センサ群；
ＩＧＢＴ１…ＩＧＢＴＮ：チョッパ群；
ＵＲ１…ＵＲＮ：過電圧保護デバイス群；
Ｄ１１、Ｄ２１、Ｄ３１…Ｄ１１、Ｄ２Ｎ、Ｄ３Ｎ：アイソレータ群；
Ｃ７１…Ｃ７Ｎ：フィルタコンデンサ群；
４：ブリッジインバータユニット；
Ｌ１：リアクトル；
ＫＰ４、ＫＰ５、ＫＰ６、ＫＰ７、ＫＰ８、ＫＰ９：シリコン制御整流子；
Ｃ８、Ｃ９、Ｃ１０、Ｃ１１、Ｃ１２、Ｃ１３、Ｃ１４、Ｃ１５、Ｃ１６、
Ｃ１７、Ｃ１８、Ｃ１９：コンデンサ；
Ｒ４、Ｒ５、Ｒ６、Ｒ７、Ｒ８、Ｒ９：抵抗器；
Ｕ１：第１のモータＭ１の３つの回転子のいずれか２相の相電圧；
ＵＮ：第ＮのモータＭＮの３つの回転子のいずれか２相の相電圧；
ＵＤＩ１、ＵＤＩＮ：それぞれ整流器Ｚ１及びＺＮから出力された直流電流から変換された直流電圧；
ＵＤＹ１、ＵＤＹＮ：それぞれ過保護デバイスＵＲ１及びＵＲＮを流れる過電流から変換された直流電圧；
ＵＴＩ１、ＵＴＩＮ：それぞれチョッパＩＧＢＴ１…ＩＧＢＴＮアノードを流れる電流から変換された直流電圧；
５：制御駆動ユニット；
５.１：第１の制御駆動モジュール；
５.Ｎ：第Ｎの制御駆動モジュール；
Ｕ５１…Ｕ５Ｎ：トリガードライバ群；
６：シグナル・コンディショニング・ユニット
６.１：第１のシグナル・コンディショニング・モジュール；
６.Ｎ：第Ｎのシグナル・コンディショニング・モジュール；
Ｕ１１…Ｕ１Ｎ：シグナルプロセッサ群；
Ｕ２１…Ｕ２Ｎ：Ａ／Ｄコンバータ群；
ＵＭ１…ＵＭＮ：オンライン動作マスター電圧。
【図１】
0005951016.tif 000006
【図２】
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【図３】
0005951016.tif 000008
【図４】
0005951016.tif 000009