(57)【要約】【課題】従来の同期電動機の制御は、電流帰還値Ｉｑ，Ｉｄと、電流指令値とを比較して電力変換器をＰＷＭ制御して同期電動機への主回路電流を制御している。従って、同期電動機の定格が電力変換器の出力定格でもって決められることになり、同期電動機が大容量化すると大電流定格の大型化電動機となるという問題点を解消するため、電力変換装置の出力電圧を昇圧し、その昇圧した電圧を同期電動機に供給し大型化を防ぐ。【解決手段】電力変換装置の出力側に変圧器を介して同期電動機を接続し、電動機の起動時には変圧器を初期励磁を行った後に電動機に電力を供給し、変圧器の励磁電流と電動機のｄ軸電流値を合成して駆動制御する。【選択図】        図１
2004173339.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
電力変換装置とその制御装置とを備えた同期電動機の制御システムであって、
前記電力変換装置の出力側には、出力変圧器と遮断器を介して同期電動機が接続されており、
前記制御装置には、前記出力変圧器の励磁電流値基準発生器と、第１の演算器と回路制御器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により前記回路制御器が前記電力変換装置を制御し、前記電力変換装置の出力により前記出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると、前記遮断器をＯＮして前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに、前記接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流基準値発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置を制御することを特徴とする同期電動機の制御システム。
【請求項２】
電力変換装置とその制御装置とを備えた同期電動機の制御システムであって、
前記電力変換装置の出力側には、並列に設けられた第１、第２の回路を介して前記同期電動機が接続されており、
前記第１の回路には出力変圧器と第１の遮断器とが設けられており、前記第２の回路には第２の遮断器が設けられており、
前記制御装置には、前記出力変圧器の励磁電流値基準発生器と第１の演算器と回路制御器と最大電圧制限切換器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた第１の接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により、前記回路制御器が前記電力変換器を制御し、前記電力変換器の出力により前記出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると前記第２の回路の第２の遮断器が動作して前記同期電動機を起動するとともに、前記第２の遮断器に連動して第２の接点がＯＮし、この接点につながる前記最大電圧制限切換器が第１の出力信号を発して前記回路制御器を介して、前記電力変換装置を制御して前記同期電動機に電力を供給し、所定時間経過後のタイマ信号により第４の接点がＯＮすると、前記第２の回路の第２の遮断器および第２の接点がＯＦＦするとともに、前記第１の回路の第１の遮断器がＯＮし、これに連動して第３の接点がＯＮし、これにつながる前記最大電圧制限切換器が第２の信号を発して、前記回路制御器を介して前記電力変換装置を制御し前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに前記第１の接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流値基準発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と、第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置を制御することを特徴とする同期電動機の制御システム。
【請求項３】
電力変換装置とその制御装置とを備えた同期電動機の制御システムであって、
前記電力変換装置は、第１、第２の電力変換器が並列に設けられた構成を有するものであり、その出力側には、多巻線出力変圧器と遮断器を介して同期電動機が接続されており、
前記制御装置には、前記多巻線出力変圧器の励磁電流値基準発生器と、第１の演算器と回路制御器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により前記回路制御器が前記電力変換装置の前記第１、第２の電力変換器を制御し、前記第１、第２の電力変換器の出力により前記多巻線出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると、前記遮断器をＯＮして前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに、前記接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流基準値発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置の第１、第２の電力変換器を制御することを特徴とする同期電動機の制御システム。
【請求項４】
電力変換装置とその制御装置とを備えた同期電動機の制御システムであって、
前記電力変換装置は第１、第２の電力変換器が並列に設けられた構成を有するものでありその出力側には、前記第１、第２の電力変換器につながる多巻線出力変圧器と第１の遮断器が設けられた第１の回路と、前記第２の電力変換器の出力につながる第２の遮断器が設けられた第２の回路を備え、前記第１、第２の回路を介して前記同期電動機が接続されており、
前記制御装置には、前記多巻線出力変圧器の励磁電流値基準発生器と第１の演算器と回路制御器と最大電圧制限切換器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた第１の接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により、前記回路制御器が前記電力変換器の前記第１、第２の電力変換器を制御し、前記電力変換器の出力により前記多巻線出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると前記第２の回路の第２の遮断器が動作して前記同期電動機を起動するとともに、前記第２の遮断器に連動して第２の接点がＯＮし、この接点につながる前記最大電圧制限切換器が第１の出力信号を発して前記回路制御器を介して、前記電力変換装置の前記第１、第２の電力変換器を制御して前記同期電動機に電力を供給し、所定時間経過後のタイマ信号により第４の接点がＯＮすると、前記第２の回路の第２の遮断器および第２の接点がＯＦＦするとともに、前記第１の回路の第１の遮断器がＯＮし、これに連動して第３の接点がＯＮし、これにつながる前記最大電圧制限切換器が第２の信号を発して、前記回路制御器を介して前記電力変換装置の前記第１、第２の電力変換器を制御して前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに前記第１の接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流値基準発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と、第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置の前記第１、第２の電力変換器を制御することを特徴とする同期電動機の制御システム。
【請求項５】
前記速度制御器の出力する電流指令値は、前記同期電動機に設けられた電機子位置検出器の発する信号により、位相を検出する位相検出器の出力信号を受けた速度帰還演算器が出力する速度帰還信号と、前記制御装置の外部に設けられた速度指令基準発生器からの速度基準信号とを比較して発するものであり、
前記第２の演算器の出力する電流帰還値は、前記電力変換装置に設けられた電流センサの出力をｄ，ｑ軸電流に変換したものであることを特徴とする請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の同期電動機の制御システム。
【請求項６】
前記同期電動機の制御システムは、前記電力変換装置が複数並列に設けられているとともに、その出力側には前記並列に設けられた前記第１、第２の回路が前記複数の電力変換装置に対応して複数列設けられており、前記複数の第１、第２の回路を介して前記同期電動機が接続されていることを特徴とする請求項２に記載の同期電動機の制御システム。
【請求項７】
前記最大電圧制限切換器の発する前記第１の出力信号によって前記電力変換装置が制御されて出力する第１の電圧値は、前記第２の出力信号によって出力する第２の電圧値より低く、かつ前記第２の電圧値を１次電圧として入力した前記出力変圧器の２次電圧値を、前記同期電動機の定格運転電圧値とすることを特徴とする請求項２、請求項４、請求項６のいずれか１項に記載の同期電動機の制御システム。
【請求項８】
前記出力変圧器の２次電圧値は、前記電力変換装置の出力電圧値よりも高いものであることを特徴とする請求項１〜請求項７のいずれか１項に記載の同期電動機の制御システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、同期電動機を可変電圧、可変周波数電源で駆動する際の制御システムに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
同期電動機を可変電圧、可変周波数で駆動する方式には他励転流を用いた無整流子電動機方式やベクトル制御方式がある。このうちベクトル制御方式は高性能な駆動と早い応答、精密制御を要する分野に広く用いられている。
前記ベクトル制御方式を採用した場合、実機の制御において、大きな負荷変動の際など電流を急激に変化させなければならないとき、電機子電流、界磁電流の制御誤差が大きくなり、その誤差を吸収しようとして界磁電流指令値が過大変化し、制御が不安定となることがあり、これらを解消するため、ｑ軸電流指令から同期機定数を用いてｑ軸磁束指令を演算するｑ軸磁束演算器と、磁束指令から前記ｑ軸磁束指令をベクトル的に演算し、ｄ軸磁束指令を求めるｄ軸磁束演算器と、前記ｄ軸磁束指令とｄ軸電流指令から同期機定数を用いて、界磁電流指令を演算する界磁電流指令演算器を備えたものが示されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開平６−２３７５９２号公報（第４頁、図１）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら前記特許文献に示された従来技術では演算された電流帰還値Ｉｑ、Ｉｄと、電流指令値とを比較して電力変換器をＰＷＭ制御し、同期電動機に流れる主回路電流を制御している。従ってこの構成による電力変換器の出力定格でもって同期電動機の定格が定められることになり、同期電動機の容量が大きくなると大電流定格となり電動機が大型化するという問題点があった。これを解消するため電力変換器と同期電動機との間に変圧器を挿入して高圧化する方式の採用が考えられるが、前記従来技術に単に変圧器を設けるとＩｑ分、Ｉｄ分電流値が変圧器を介在するため演算が複雑で正確な演算ができなくなり、制御不能となる問題点がある。
この発明は、以上のような課題を解決するためになされたもので、電力変換装置の出力側に設けられた変圧器を介して同期電動機を接続し、この変圧器を介して同期電動機への供給電圧を高圧化して同期電動機の大型化を防ぎ、さらに、変圧器の励磁電流も制御して速い応答を有する出力電圧で同期電動機を制御可能とする制御システムを提供しようとするものである。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
電力変換装置とその制御装置とを備えた同期電動機の制御システムであって、
前記電力変換装置の出力側には、出力変圧器と遮断器を介して同期電動機が接続されており、
前記制御装置には、前記出力変圧器の励磁電流値基準発生器と、第１の演算器と回路制御器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により前記回路制御器が前記電力変換装置を制御し、前記電力変換装置の出力により前記出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると、前記遮断器をＯＮして前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに、前記接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流基準値発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置を制御するものである。
【０００６】
【発明の実施の形態】
実施の形態１．
以下、この発明の実施の形態１を図１に基づいて説明する。なお、図２は後述する制御装置３００の詳細図である。図１に示すように本実施の形態１による同期電動機の制御システム１００は、電力変換装置２００とその制御装置３００とで構成されている。そして、前記電力変換装置２００は主回路用交流電源１を入力遮断器３および入力変圧器４を介して入力し、電力変換後の出力側には出力変圧器２９と遮断器３０ａを介して同期電動機９が接続されている。同期電動機９に付属する位置検出器１０は電機子の位置信号を発する。前記電力変換装置２００には順変換主回路５、逆変換主回路７および平滑コンデンサ６が設けられている。
一方、制御装置３００は、外部からの運転指令信号で動作ＯＮとなる運転指令接点１２を有し、同様に外部には速度指令基準発生器１１が設けられている。前記同期電動機９の位置検出器１０であるレゾルバの出力信号を受けて位相を検出する位相検出器１３は、速度帰還演算器１４および第２の演算器３５に位相信号を出力する。速度制御器１５は、前記速度指令基準発生器１１からの速度基準信号と速度帰還演算器１４の出力する速度帰還信号とを比較し制御するものである。界磁磁束基準値発生器１６は磁束量基準信号を演算制御器１８に与える。順変換主回路制御器２３は電流センサ２２の信号を受け順変換主回路５を制御する。
界磁制御器２５は界磁電流センサ２４の信号と、前記演算制御器１８の発する界磁電流指令値に従い、直流電源装置２６を制御する。接点３２ａは外部からの指令信号で出力変圧器２９の励磁をＯＮする。第１の演算器３４は、前記出力変圧器２９の励磁電流値基準発生器３３の指令値と、電機子電流のｄ軸電流基準発生器１７の指令値とを受けてその値をベクトル的に加算する。第２の演算器３５は電流センサ１９の出力をｄ，ｑ軸電流に変換する。
回路制御器３６は、前記速度制御器１５の出力する電流指令値と、前記第１の演算器３４からの電機子電流無効分指令値と、第２の演算器３５の電流帰還値とを比較して電圧基準を演算し、その基準に従い前記電力変換装置２００の逆変換主回路７のゲート信号をＰＷＭ制御する。
【０００７】
次に、この実施の形態１による動作の主要部分について述べる。
制御装置３００によって同期電動機９を起動する際、まず外部からの指令で接点３２ａがＯＮして出力変圧器２９の初期励磁を行う。つまり、接点３２ａがＯＮすると変圧器２９の励磁電流値基準発生器３３の指令値に従い、回路制御器３６により電力変換装置２００の逆変換主回路７のゲート信号を制御して、変圧器２９の直流励磁を行う。
前記接点３２ａのＯＮ指令から所定時間経過後すなわち変圧器２９の初期励磁完了後に、制御装置３００の運転指令接点１２が外部の指令でＯＮし、同期電動機９に定格電力を供給する。
このように出力変圧器２９の励磁が確立した後に、前記運転指令接点１２につながる電機子電流のｄ軸電流基準発生器１７からの指令値と、出力変圧器２９の励磁電流基準発生器３３の出力である変圧器励磁電流指令値とを、第１の演算器３４でベクトル的に加算、演算し、その出力である電機子電流無効分指令値と、速度制御器１５の出力の電流指令値と、第２の演算器３５の出力の電流帰還値とを比較して電圧基準を演算し、その基準値に従って回路制御器３６が電力変換装置２００の逆変換主回路７の半導体素子のゲート信号をＰＷＭ制御する。その出力である第１の電圧値が出力変圧器に入力され所定の第２の電圧値まで昇圧される。
すなわち、この実施の形態１では出力変圧器２９をゼロ周波数から起動する場合の磁気飽和の発生を心配することなく、出力変圧器２９の初期励磁が確立した後に、変圧器２９の励磁電流と、同期電動機９の電機子ｄ軸電流とを第１の演算器３４で合成して前記同期電動機９の駆動制御を行う。従ってこの実施の形態１では、出力変圧器２９の励磁電流を制御して電力変換装置２００の出力である第１の電圧値を昇圧し、電力変換装置２００の定格電圧以上の第２の電圧値を同期電動機９に供給し駆動しているので最適な電圧値を同期電動機９に与えることになる。つまり、同期電動機９側から見た場合に、電動機設計に適した第２の電圧値を電力変換装置側に要求してもその要求が容易に受け入れられることが可能となる。またさらに、電機子ｄ軸電流と出力変圧器２９の励磁電流とを第１の演算器３４で合成して起動しているので、出力変圧器２９の出力電圧が最適に制御され、かつ速い応答性をもって同期電動機９に対する最適電圧が演算されるという優れた効果を奏する。
【０００８】
実施の形態２．
次に、実施の形態２を図３に基づいて説明する。なお図４は後述する制御装置３００の詳細図である。前記した実施の形態１と同様に本実施の形態２による同期電動機の制御システム１００も、電力変換装置２００とその制御装置３００とで構成されている。そして、前記電力変換装置２００は主回路用交流電源１を入力遮断器３および入力変圧器４を介して入力し、電力変換後の出力側には第１の回路８０と第２の回路８１が並列に設けられている。前記第１の回路８０には出力変圧器２９と第１の遮断器３０が設けられ、前記第２の回路には第２の遮断器３１が設けられており、さらに並列の第１、第２の回路８０，８１には同期電動機９が接続されている。同期電動機９に付属する位置検出器１０は電機子の位置信号を発する。前記電力変換装置２００には順変換主回路５、逆変換主回路７および平滑コンデンサ６が設けられている。
一方、制御装置３００は、外部からの運転指令信号で動作ＯＮとなる運転指令接点１２を有し、同様に外部には速度指令基準発生器１１が設けられている。前記同期電動機９の位置検出器１０であるレゾルバの出力信号を受けて位相を検出する位相検出器１３は、速度帰還演算器１４および第２の演算器３５に位相信号を出力する。速度制御器１５は、前記速度指令基準発生器１１からの速度基準信号と速度帰還演算器１４の出力する速度帰還信号とを比較し制御するものである。界磁磁束基準値発生器１６は磁束量基準信号を前記演算制御器１８に与える。順変換主回路制御器２３は電流センサ２２の信号を受け順変換主回路５を制御する。
界磁制御器２５は界磁電流センサ２４の信号と、前記演算制御器１８の発する界磁電流指令値に従い、直流電源装置２６を制御する。前記運転指令接点１２につながる第２、第３の接点４１、４２は並列に設けられ、前記第２の遮断器３１に連動して前記第２の接点４１が、第１の遮断器３０に連動して前記第３の接点４２がそれぞれＯＮする。また、最大電圧制限切換器４３は、前記第２、第３の接点４１、４２につながり、その発生信号が回路制御器３６に出力される。タイマ４５は前記運転指令接点１２がＯＮ後、第４の接点４６を一定時間経過後にＯＮさせる。前記第４の接点４６がＯＮすると、図示しない駆動回路により前記第２の遮断器３１がＯＦＦするとともに前記第１の遮断器３０をＯＮさせる。
第１の接点３２は外部からの指令信号で出力変圧器２９の励磁をＯＮする。第１の演算器３４は前記出力変圧器２９の励磁電流値基準発生器３３の指令値と、電機子電流のｄ軸電流基準発生器１７の指令値とを受けてその値をベクトル的に加算する。第２の演算器３５は電流センサ１９の出力をｄ，ｑ軸電流に変換する。
回路制御器３６は前記速度制御器１５の出力する電流指令値と、前記第１の演算器３５の電流帰還値とを比較して電圧基準を演算し、その基準に従い前記電力変換装置２００の逆変換主回路７のゲート信号をＰＷＭ制御する。
【０００９】
次にこの実施の形態２による動作の主要部分について述べる。
前記した実施の形態１と同様に、制御装置３００によって同期電動機９を起動する際、まず外部からの指令で第１の接点３２がＯＮして出力変圧器２９の初期励磁を行う。つまり、第１の接点３２がＯＮすると変圧器２９の励磁電流値基準発生器３３の指令値に従い、回路制御器３６により電力変換装置２００の逆変換主回路７のゲート信号を制御して、変圧器２９の直流励磁を行う。
前記第１の接点３２のＯＮ指令から所定時間経過後すなわち変圧器２９の初期励磁完了後に、制御装置３００の運転指令接点１２が外部の指令でＯＮすると、第２の回路８１の第２の遮断器３１をＯＮし、出力変圧器２９の設けられてない第２の回路８１の経路で同期電動機２９に電力を供給する。その時、第２の遮断器３１に連動して第２の接点４１がＯＮし、最大電圧制限切換器４３の出力が、第１の最大制限電圧に制限されて電力変換装置２００の回路制御器３６に電圧制限値として与えられ、電力変換装置２００の電圧をＰＷＭ制御する。ＰＷＭ制御回路における出力電圧と周波数の関係は、その比率がほぼ一定となるよう制限されるので、電力変換装置２００の電圧以上の周波数には上昇しない。
演算制御器１８は、速度制御器１５の出力する電流指令値Ｉｑと、界磁磁束基準値発生器１６からの磁束量基準信号と、電機子電流無効分より電機子電流基準信号を回路制御器３６への信号として発するとともに、界磁電流指令Ｉｆを作成する演算器が、電機子電流の大きさ（指令値）に対して界磁電流指令を補償した値で、界磁電流指令として界磁制御器２５に与える。
回路制御器３６は最大電圧制限切換器４３の最大制限電圧で制限される電圧以下で、前記演算制御器１８の出力である電機子電流基準信号と、主回路電流センサ１９で検出した電力変換装置２００の電流帰還値とを比較して電流指令値を作成し、その電流指令値に従い、電力変換装置２００の半導体素子のゲート信号をＰＷＭ制御する。
【００１０】
運転指令接点１２がＯＮした後の設定された時間後に、タイマ４５により第４の接点４６がＯＮし、図示しない駆動回路によって第２の回路８１の第２の遮断器３１がＯＦＦし、第１の回路８０の第１の遮断器３０がＯＮする。この第１の遮断器３０のＯＮに連動して第３の接点４２がＯＮし、最大電圧制限切換器４３の出力が出力変圧器２９有りの第１の回路８０による第２の最大制限電圧に切り換わり、電力変換装置２００の回路制御器３６に最大電圧制限値として与えられ、前記電力変換装置２００の出力電圧は前記出力変圧器２９で昇圧されて同期電動機９に供給され、同期電動機９は定格速度まで上昇する。ここで前記第２の最大制限電圧は前記第１の最大制限電圧より高いものである。
このような変圧器有りの第１の回路８０と変圧器無しの第２の回路８１を設けた理由は、仮に出力変圧器２９有りの第１の回路８０を介して同期電動機９を起動しようとした場合に、ゼロ周波数から起動されるので出力変圧器２９の磁気飽和が発生して起動が困難となる恐れがある。これを防止するために起動時には変圧器無しの第２の回路８１を経て同期電動機９に電力を供給し、所定の時間経過後に出力変圧器２９有りの第１の回路８０に切り換えるものである。
またさらに運転指令接点１２がＯＮした後に、前記運転指令接点１２につながる電機子電流のｄ軸電流基準発生器１７からの指令値と、出力変圧器２９の励磁電流基準発生器３３の出力である変圧器励磁電流指令値とを、第１の演算器３４でベクトル的に加算、演算し、その出力である電機子電流無効分指令値と、速度制御器１５の出力の電流指令値と、第２の演算器３５の出力の電流帰還値とを比較して電圧基準を演算し、その基準値に従って回路制御器３６が電力変換装置２００の逆変換主回路７の半導体素子のゲート信号をＰＷＭ制御する。
すなわち、この実施の形態２では出力変圧器２９をゼロ周波数から起動する場合に出力変圧器２９の設けられてない第２の回路８１で起動するので、起動トルクの不足等や変圧器の磁気飽和の発生を全く心配することなく、出力変圧器２９が極低周波数で使用されることがないことや、出力変圧器２９の初期励磁が確立した後に、変圧器２９の励磁電流と、同期電動機９の電機子ｄ軸電流とを第１の演算器３４で合成して起動するので、出力変圧器２９をさらに小型化できる。また前記に加え、電機子電流指令値に対して界磁電流指令を補償した界磁電流を同期電動機９に供給するので、電機子反作用による主磁束の減少を補正できて、同期電動機９への電流を低減でき、なおかつ、電力変換装置２００の最大定格出力電圧以上の電圧でもって同期電動機９を駆動できる。
さらに加え、電機子ｄ軸電流と出力変圧器２９の励磁電流とを第１の演算器３４で合成して起動しているので、出力変圧器２９の出力電圧が最適に制御され、かつ速い応答性をもって同期電動機９に対する最適電圧が演算されるという優れた効果を奏する。
【００１１】
実施の形態３．
次に実施の形態３を図５に基づいて説明する。この実施の形態３は前述した実施の形態１における電力変換装置２００に第１、第２の電力変換器を並列に設けた構成である。図５に示すように、電力変換装置２００には、第１の電力変換器２００ａおよび第２の電力変換器２００ｂが設けられている。この電力変換器２００の入力側には多巻線変圧器である入力変圧器５０が設けられるとともに、出力側にも同様の多巻線変圧器である出力変圧器５１が設けられ、これにつながる遮断器３０ａを介して同期電動機９が接続されている。
これ以外の構成要素は前記した実施の形態１の図１に示すものと同様であるので、図５に示す付記した番号以外の構成要素の番号記入は省略している。
次に、このような構成を有する同期電動機の制御システムの主要動作を説明する。前記した実施の形態１と同様に、制御装置３００によって同期電動機９を起動する際、まず外部からの指令で第１の接点３２がＯＮして出力変圧器２９の初期励磁を行う。つまり、第１の接点３２がＯＮすると変圧器２９の励磁電流値基準発生器３３の指令値に従い、回路制御器３６により電力変換装置２００の逆変換主回路７のゲート信号を制御して、変圧器２９の直流励磁を行う。
前記第１の接点３２のＯＮ指令から所定時間経過後すなわち変圧器２９の初期励磁完了後に、制御装置３００の運転指令接点１２が外部の指令でＯＮし、同期電動機９に定格電力を供給する。
このように出力変圧器２９の励磁が確立した後に、前記運転指令接点１２につながる電機子電流のｄ軸電流基準発生器１７からの指令値と、出力変圧器２９の励磁電流基準発生器３３の出力である変圧器励磁電流指令値とを、第１の演算器３４でベクトル的に加算、演算し、その出力である電機子電流無効分指令値と、速度制御器１５の出力の電流指令値と、第２の演算器３５の出力の電流帰還値とを比較して電圧基準を演算し、その基準値に従って回路制御器３６が電力変換装置２００に設けられた第１、第２の電力変換器２００ａ、２００ｂのそれぞれの逆変換主回路７をＰＷＭ制御する。
このような実施の形態３の構成では、同期電動機９が大容量化した場合に、電力変換装置２００に設けられた電力変換器２００ａ、２００ｂを並列とし多巻線出力変圧器５１と組み合わせることによって、その対応が容易となり、大容量の同期電動機の駆動が安価でかつ速い応答性で最適電圧で制御できるという優れた効果を奏する。なお、この実施の形態３では電力変換器を２台並列の場合を示したが、これに限らず２台以上の複数台であってもよい。
【００１２】
実施の形態４．
この実施の形態４は前記した実施の形態３の構成に以下の機能を加えたものである。すなわち同期電動機の起動トルクが定格トルクより少ない場合における起動時に、多巻線出力変圧器をバイパスする回路を介して起動し、起動時における電力変換装置２００の容量を低減し、起動後の実負荷運転に入る際に多巻線出力変圧器を介して電力を同期電動機に供給しようとするものである。
以下、その構成を図６について述べる。
制御装置３００に係る構成要素は、前記した実施の形態２で示した図３と次に述べる点以外は同一である。すなわち、順変換主回路制御器２３、回路制御器３６の出力および第１の演算器３５の入力が後述する電力変換装置２００に設けられた第１、第２の電力変換器２００ａ、２００ｂにつながる。
また、電力変換装置に係る構成要素は、前記した実施の形態３で示した図５と次に述べる点以外は同一である。すなわち、電力変換装置２００の出力側に第１、第２の電力変換器２００ａ、２００ｂにつながる多巻線出力変圧器と第１の遮断器３０が設けられた第１の回路８０と、前記第２の電力変換器２００ｂの出力につながる第２の遮断器３１が設けられた第２の回路８１を備え、前記第１、第２の回路を介して同期電動機９が接続されている。前記のような構成の同期電動機の制御システムにおいて、制御装置３００による電力変換装置２００の制御は前記実施の形態３と大筋において同一であるので説明を省略し、異なる点であるところの同期電動機９の起動時の動作について以下、説明する。また、図６に示す付記した番号以外は図５と同一であるので記入省略している。
外部からの指令で接点３２がＯＮし、多巻線出力変圧器５１の初期励磁を行う。所定時間経過後つまり初期励磁完了後、運転指令接点１２がＯＮすると、第２の回路８１の第２の遮断器３１をＯＮして同期電動機９に電力を供給する。運転指令接点１２がＯＮ後タイマ４５により第４の接点４６がＯＮすると、第２の回路８１の第２の遮断器３１がＯＦＦするとともに、第１の回路８０の第１の遮断器３０がＯＮして電力変換装置２００の出力する第１の電圧は多巻線出力変圧器５１で第２の電圧に昇圧され同期電動機９に供給される。
このような実施の形態４の構成では、多巻線出力変圧器５１を小型軽量化することができ、また電力変換器を２台並列とし多巻線出力変圧器との組み合わせることで大容量化が容易に可能となり、大容量同期電動機の駆動も安価に行えるという優れた効果を奏する。
なお、この実施の形態４では電力変換器を２台並列とする例を示したが、これに限らず２台以上の複数台であってもよい。
【００１３】
なおまた、前記実施の形態１〜４では電力変換装置２００として、半導体素子を用いた順変換主回路、逆変換主回路の例を示したが、これに限られるものではないことは言うまでもない。
【００１４】
【発明の効果】
この発明は以上述べたような構成の同期電動機の制御システムであるので、以下のような効果がある。
前記電力変換装置の出力側には、出力変圧器と遮断器を介して同期電動機が接続されており、
前記制御装置には、前記出力変圧器の励磁電流値基準発生器と、第１の演算器と回路制御器とが設けられており、
前記制御装置に設けられた接点がＯＮすると、前記励磁電流値基準発生器の指令により前記回路制御器が前記電力変換装置を制御し、前記電力変換装置の出力により前記出力変圧器を初期励磁した後、運転指令接点がＯＮすると、前記遮断器をＯＮして前記同期電動機に電力を供給するものであり、
さらに、前記接点につながる前記第１の演算器は電機子電流のｄ軸電流基準発生器からの指令値と、前記励磁電流基準値発生器の指令値とを加算し演算するとともに、前記回路制御器は速度制御器の出力する電流指令値と、前記第１の演算器の出力する電流指令値と第２の演算器の出力する電流帰還値とを比較して電圧基準値を演算し、その基準値に従って前記電力変換装置を制御するものであるものであるので、電力変換装置の最大定格電圧以上の電圧での同期電動機の採用が可能となり、同期電動機の高圧化に伴う小型化、コスト低減、標準化が行えるという効果に加え、出力変圧器の出力電圧が最適に制御され、かつ速い応答性をもって同期電動機を制御できるという優れた効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の形態１による同期電動機の制御システムを示すブロック図である。
【図２】この発明の実施の形態１に制御装置の詳細図である。
【図３】この発明の実施の形態２による同期電動機の制御システムを示すブロック図である。
【図４】この発明の実施の形態２の制御装置の詳細図である。
【図５】この発明の実施の形態３による同期電動機の制御システムを示すブロック図である。
【図６】この発明の実施の形態４による同期電動機の制御システムを示すブロック図である。
【符号の説明】
４  入力変圧器、９  同期電動機、１０  位置検出器、
１１  速度指定基準発生器、１２  運転指令接点、１３  位相検出器、
１４  速度帰還演算器、１５  速度制御器、１６  界磁磁束基準値発生器、
１７  ｄ軸電流基準発生器、１８  演算制御器、１９  主回路電流センサ、
２５，２６  直流電源装置、２９  出力変圧器、３０  第１の遮断器、
３０ａ  遮断器、３１  第２の遮断器、３２  第１の接点、
３３  励磁電流値基準発生器、３４  第１の演算器、３５  第２の演算器、
３６  回路制御器、４１  第２の接点、４２  第３の接点、４５  タイマ、
４６  第４の接点、５０  多巻線入力変圧器、５１  多巻線出力変圧器、
８０  第１の回路、８１  第２の回路、１００  制御システム、
２００  電力変換装置、３００  制御装置。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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