(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
一次巻線，二次巻線を有し一次巻線が交流電源に接続される巻線形誘導電動機と、前記二次巻線に発生する二次電圧を整流する順変換器と、この順変換器の出力側に接続され巻線形誘導電動機の二次電流を制御する昇圧チョッパと、この昇圧チョッパの出力側に設けられる直流中間コンデンサと、直流電力を交流電力に変換して電源に回生させるＰＷＭインバータとを備え、
前記ＰＷＭインバータを、直流中間コンデンサへの直流電圧指令と直流電圧検出値との偏差による、交流電源位相に同期する第１の電流指令に、前記巻線形誘導電動機の一次巻線に接続された交流電源の無効電力を低減するための、交流電源位相に対して９０度位相進みの第２の電流指令を加えて電流制御するとともに、前記第２の電流指令を、前記第１の電流指令と前記ＰＷＭインバータの定格容量とを用いて制限することを特徴とする巻線形誘導電動機の制御装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、特にポンプやファンなどの可変速制御に使用して好適な巻線形誘導電動機の制御装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、誘導電動機の二次電力回生用PWMインバータを有する制御装置では、PWMインバータの電流は直流電圧指令と直流電圧検出値との偏差による電流指令によって制御するのが一般的である。この電流はPWMインバータに接続された交流電源の位相と等しくなるよう制御されるため、誘導電動機の二次側から交流電源へ流出する無効電力はほぼ零となる。
しかし、交流電源には誘導電動機を励磁するための電流が流れるため、電源力率が悪くなる。また、補機の負荷状態によっても電源力率が変動する。そのため、力率改善用のコンデンサを複数個用いて交流電源の無効電力を低減するようにしている。
【０００３】
図3に従来例を示す。
三相交流電源１に巻線形誘導電動機２の一次側を接続し、その二次側には順変換器（コンバータまたは整流器）３を接続し、順変換器３の出力側には電流平滑用の直流リアクトル4を介して昇圧チョッパ５を接続している。昇圧チョッパ５の出力側には電圧平滑用のコンデンサ１０が接続され、このコンデンサ１０には並列に電力回生用PWM インバータ9が接続され、その交流出力側には電流平滑用の交流リアクトル１4が接続され、トランス１５を介して交流電源１に接続されている。
【０００４】
巻線形誘導電動機２の速度制御は、制御部６で行なう。すなわち、速度指令値と速度検出器8にて検出される速度検出値とが等しくなるように、電流検出器７で検出される電流を、昇圧チョッパ５をオン，オフ制御することにより制御している。
昇圧チョッパの出力側の直流電圧の制御は、制御部１２Ａによって行なわれる。すなわち、直流電圧指令と直流電圧検出器１１にて検出される直流電圧検出値が等しくなるよう、電流検出器１３で検出される電流を回生インバータ9でオン，オフ制御するとともに、回生電力の力率が１となるように交流電圧検出トランス１６にて検出される三相電源１の位相と同期するように制御する。
【０００５】
２１は三相電源１の力率検出器で、電流検出器２３の電流検出値と電圧により、力率を検出している。力率調節器２２は力率検出器２１で検出される力率が目標値以上となるようにスイッチＳＷ３１をオン，オフし、力率改善回路３２の入り，切りをして力率を改善するようにしている。力率改善回路３２は、例えば力率改善用コンデンサと直列リアクトルとから構成されている。
また、実際の設備では交流電源１に補機用のトランス４１が接続され、トランスの二次側には補機負荷４２が接続されている。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような制御装置では、補機の負荷状態によって無効電力が変化するため、力率改善用コンデンサのみで巻線形誘導電動機の一次側に接続された交流電源の力率を改善する場合、大容量または複数個の力率改善用コンデンサが必要となり、コストやスペースの点で問題となる。
したがって、この発明の課題は力率を改善する場合でも、大容量または複数個の力率改善用コンデンサを用いなくても済むようにすることにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
このような課題を解決するため、請求項１の発明では、一次巻線，二次巻線を有し一次巻線が交流電源に接続される巻線形誘導電動機と、前記二次巻線に発生する二次電圧を整流する順変換器と、この順変換器の出力側に接続され巻線形誘導電動機の二次電流を制御する昇圧チョッパと、この昇圧チョッパの出力側に設けられる直流中間コンデンサと、直流電力を交流電力に変換して電源に回生させるＰＷＭインバータとを備え、
前記ＰＷＭインバータを、直流中間コンデンサへの直流電圧指令と直流電圧検出値との偏差による、交流電源位相に同期する第１の電流指令に、前記巻線形誘導電動機の一次巻線に接続された交流電源の無効電力を低減するための、交流電源位相に対して９０度位相進みの第２の電流指令を加えて電流制御するとともに、前記第２の電流指令を、前記第１の電流指令と前記ＰＷＭインバータの定格容量とを用いて制限することを特徴とする。
【０００８】
【発明の実施の形態】
図１はこの発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
同図からも明らかなように、この例は図３に示す制御部１２Ａの代りに１２を用い、ここに力率調節器２２の出力を導入するようにした点が特徴で、その他は図３と同様である。これにより、回生インバータ9で直流電圧を制御するための電流指令（交流電源位相に同期する第１の電流指令）に、力率調節器２２からの無効電力を補償するための電流指令（交流電源位相に対して９０度位相が進んだ第２の電流指令）が加わり、制御部１２は両電流指令を加えた値にもとづき電流制御を実行する。
【０００９】
図２に図１の変形例を示す。
これは、巻線形誘導電動機の二次電力回生用のＰＷＭインバータの無効電力補償用の電流指令を、制限回路（リミッタ）１０１により次式の関係を満たすように制限するものである。
無効電力補償用電流指令値≦√（インバータ定格電流2−直流電圧制御電流指令値2）
直流電圧制御電流指令値と制限回路１０１の出力とは座標変換回路１０２に与えられて三相電流指令値に変換され、これにもとづきＰＷＭインバータをオン，オフ制御することで電流制御を行なう。
【００１０】
すなわち、ファンやポンプなど２乗トルク特性を持つ負荷を巻線形誘導電動機の２次電流を制御して可変速駆動する場合、誘導電動機の２次回生電力は約７０％速度で最大となり、速度が高くなるほど回生電力が少なくなることが知られている。そのため、２次電力回生用のＰＷＭインバータで直流電圧を制御するための電流は、誘導電動機の回転速度によって変化する。つまり、補償可能な無効電流も変化するが、図２のようにすることで無効電力をインバータ容量の最大まで補償することが可能となる。
【００１１】
【発明の効果】
この発明によれば、ＰＷＭインバータにより３相電源の無効電力の一部を補償するようにしたので、大容量または複数個の力率改善用コンデンサを用いることなく力率を上げることができ、省スペース，低コストを実現できる利点が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の第１の実施の形態を示す構成図である。
【図２】図１の変形例を示す部分構成図である。
【図３】従来例を示す構成図である。
【符号の説明】
１…交流電源、２…巻線形誘導電動機、３…順変換器（コンバータまたは整流器）、４…直流リアクトル、５…昇圧チョッパ、６，１２，１２Ａ…制御部、７，１３，２３…電流検出器、９…ＰＷＭインバータ、１０…コンデンサ、１１…電圧検出器、１４…交流リアクトル、１５，１６，４１…トランス、２１…力率検出器、２２…力率調節器、３１…スイッチ（ＳＷ）、３２…力率改善回路、４２…補機負荷、１０１…制限回路（リミッタ）、１０２…座標変換回路。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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