JPH04121092A - 誘導電動機の制御装置 - 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】 ［産業上の利用分野］ この発明は、誘導電動機の制御装置に関し、特に電動機
の速度ないし発生トルクを制御するために、電流制御を
行いながら電動機を駆動する制御装置に関する。

［従来の技術］ 第５図は１例えばｒＡＣサーボモータとマイコン制〒卸
」　（見城尚志監修、総合電子出版社）に記載された誘
導電動機の制御装置であり、（１）は電源、（２）は整
流器、（３）は整流した電源電圧を平滑する平滑コンデ
ンサ、（４）は６個のパワートランジスタと６個の還流
ダイオードとから成るパワートランジスタモジュール、
（５）は誘導電動機。

（６）は電動機の回転数に比例したパルスを出力するパ
ルスジェネレータ、（７）はＦ／Ｖ変換器（７ａｌ　、
速度制御器（７ｂｌ、　Ｖ／Ｆ変換器［７ｃ）、ｏｒ回
路（７ｄ）、カウンタ（７ｅ）　、加算器（７ｆ）、　
Ａ／Ｄ変換器［７ｇｌ　、データＲＯＭ　（７ｈ）ない
しく７１）、　Ｄ／Ａ変換器（７ｍｌ　、乗算型Ｄ／Ａ
変換器（７ｎ）ないしく７ｐ）から成る電流指令演算手
段である。（８ａ）ないしく８ｃ）はＵ−Ｖ−Ｗ各相の
電流を検出する電流検出器、（９）は電流指令値１１と
検出値ｉとの差を求めるヒステリシスコンパレータ（９
ａ）ないしく９ｃ）　。

ヒステリシスコンパレータ（９ａ）ないしく９ｃ）の出
力に応じてパワートランジスタモジュール（４）のスイ
ッチング状態を制御するドライブ回路（９ｄ）ないしく
９ｆ）から成る出力電圧を制御する電圧制御手段である
。

インバータの平滑回路の母線電流を検出して。

基準値と比較し出力制御する技術は第６図の１例えば特
開平１−２３１６６６に示され、第６図はスイッチイン
ク素子の保護機能を有するインバータ装置であり、（１
）は電源、（２）は整流器、（３）は整流した電源電圧
を平滑する平滑コンデンサ。

（４）は６個のパワートランジスタと６個の還流ダイオ
ードとから成るパワートランジスタモジュール、（５）
は誘導電動機である。（８）は電流検出器、　ｆ４０１
は検出器（８）の検出値を増幅・処理する電流検出回路
、　（４１）はインバータ全体の制御をつかさどる制御
回路、　　（４２）はパワートランジスタモジュール（
４）を駆動するゲート回路である。また、電流検出回路
（４０）内には、ここで検出した電流値があらかじめ定
めた上限値を越えたとき異常信号を発生する異常検出手
段（８１）を有する。

次に動作について説明する。第５図に示す第１の従来例
の制御装置がトルクを制御する方式は。

誘導電動機のベクトル制御に基づいており、その原理に
ついては１種々の文献等で公知であるので、詳細説明は
省略し、ここではこの構成の動作のみ説明する。

パルスジェネレータ（５）が発生した誘導電動機（４）
の回転数に比例したパルス（以下これを回転数検出信号
とする）は、Ｆ／Ｖ変換器（７ａ）によって電圧に変換
される。変換された回転数信号は。

速度指令信号との差を取り、速度制御器（７ｂ）によっ
てトルク分電流指令となる。この信号をＶ／Ｆ変換器（
７ｃ）によってパルスに変換し、オア回路（７ｄ）で上
記回転数検出信号と加算し、カウンタ（７ｅ）で計数す
ると回転角データθ。どなる。

速度制御器（７ｂ）の出力はＡ／Ｄ変換器（７ｇ）によ
ってデジタルデータとなり、ＲＯＭ（７ｈ）を介して位
相データを得、加算器（７ｆ）で前記回転角データと加
算することにより、−次電流の位相θ１が得られる。Ａ
／Ｄ変換された速度制御器（７ｂ）の出力は、別のデー
タＲＯＭｆ７ｉ）、Ｄ／Ａ変換器（７ｍ）を介して電流
振幅信号となる。前記−次電流位相θ１は、　ＲＯＭ　
（７ｊ）ないしく７１）を介してデジタルデータとなり
９乗算型Ｄ／Ａ変換器（７ｎ）ないしく７ｐ）で電流振
幅信号と乗算することにより、Ｕ・■・Ｗ各相の電流指
令１ｕ、ｌｖ　＋　　１ｗ”となる。

一方、電流検出器（８ａ）ないしく８ｃ）によって。

Ｕ・■・Ｗ各相の電流が検出され、電圧制御手段（９）
は、これらの検出値と前記電流指令値との差に応じて出
力電圧を制御する。

すなわち、ヒステリシスコンパレータ（９ａ）ないしく
９ｃ）は電流の指令値を比較し、指令値が大きければ論
理「１」を、検出値が大きければ論理「０」を出力する
。大小の判断をするレベルはその前の論理出力状態によ
ってヒステリシスを持つ。

ドライブ回路（９ｄ）ないしく９ｆ）は、論理「１」が
出力されている場合はパワートランジスタモジュールの
上アームの素子をｏｎ状態にして、電流値を大きくする
よう動作する。論理「０」が出力されている場合は下ア
ームの素子をｏｎ状態にして、電流値を小さくするよう
に動作する。こうして、検出値が指令値と一致するよう
に出力電圧を制御する。この比較及びスイッチインク状
態の制御はｕ”ｖ”ｗ各相ごとに行われる。

また第６図に示す第２の従来例の動作について説明する
と１図において、負荷が過大、または何らかの理由によ
り負荷モータが短絡した場合、直流母線に過大な電流が
流れる。

この電流は電流検出器（８）で検出され、異常検出手段
（８１）は、検出した電流値があらかじめ定めた上限値
を越えたかどうか判定し、越えていなければ異常信号を
発生する。この異常信号に基づき、ゲート回路（４２）
は、パワートランジスタモジュール（４）に給電する電
圧を下げ、ないしは零にしてパワートランジスタモジュ
ール（４）に給電する電圧を下げ、ないしは零にしてパ
ワートランジスタモジュール（４）を遮断し、破壊から
保護する。

［発明が解決しようとする課題］ 従来の誘導電動機の制御装置は以上のように構成されて
いるので、各相の電流を制御するために電流検出器及び
ヒステリシスコンパレークなどの制御回路が３組必要で
あり、構成が複雑かつコストの高いものとなっていた。

また、第２の従来例ではパワートランジスタなどのスイ
ッチング素子の保護のみを目的としており、電流値その
ものを制御することは考慮されていない。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされ
たもので、パワートランジスタなどのスイッチング素子
を保護しつつ、誘導電動機のトルクを制御するための電
流制御が簡単な構成かつ低コストで行える制御装置を得
ることを目的とする。

［課題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、電流指令値演
算手段と、直流母線電流のピーク値包絡線波形検出手段
と、指令値と検出値との差に応じて電動機に加える電力
を制御する電圧制御装置より構成したものである。

［作用１ この発明における誘導電動機の制御装置は、誘導電動機
の回転速度を検出または推定する手段により検出または
推定された回転速度から直流母線電流のピーク値の包絡
線波形の指令値を演算し。

直流母線電流のピーク値の包絡線波形を検出する手段に
より検出された検出値と前記指令値との差に応じて、前
記検出した直流母線電流のピーク値の包絡線波形を前記
指令値に一致させるべ（電動機に加える出力電圧を制御
するので、電流検出器が１個のみで電流制御ひいてはト
ルク制御を行うことができ、速度または発生トルクの制
御応答性が向上し、３相分のコンパレータも不要になる
ので１回路構成の簡略化及びコスト低減を図ることがで
きる。

また、検出した直流母線電流が、あらかじめ定められた
最大電流値を越えた場合は、モータへの電圧出力を遮断
するよう制御するので、負荷短絡などの事故が生じても
スイッチング素子を保護できる。

［実施例］ 以下、この発明の一実施例を図について説明する。第１
図において、（１）から（５）は従来と同一である。

（６）は誘導電動機（５）の回転数に比例した電圧を出
力するタコジェネレータ、（７）は外部から与えられる
回転数指令値ωｍ８と、上記タコジェネレータ（６）か
らの回転数信号を入力とし、直流母線電流のピーク値の
包絡線波形指令値を演算する電流指令値演算手段で１回
転数指令値ωｍ１とタコジェネレータ（６）で検出した
回転数検出値との差を求める第１差動アンプ（ｌＯ）と
、この第１差動アンプからの信号を入力としトルク指令
値を演算する速度検出器（１１）と、トルク指令値から
滑り周波数を演算する第１関数発生器（１２）と、この
第１関数発生器の演算値とタコジェネレータ（６）の検
出値とを加算し一次周波数を得る加算器（１４）と。

加算器の一次周波数を積分し座標系の回転角を得る積分
器（１５）と、この積分器の回転角に基づいて、第２関
数発生器（１３）により演算処理された変動分トルク指
令値と上記速度検出器（１１）により演算されたトルク
指令値を掛は合せる乗算器（１６）とにより構成されて
いる。

（１９）は直流母線電流のピーク値包絡線波形検出手段
で、直流母線電流を検出するセンサーである電流検出器
（８）と、入力を受ける演算増幅器ｆ３１）、演算増幅
器（３１）の出力端に接続したダイオード（３２１，ダ
イオード（３２）のカソードをＧＮＤ間に接続したコン
デンサ（３３）、コンデンサ（３３）と並列に接続した
抵抗（３４）とより構成されたピークホールド回路（１
８）より成っている。

（２０）は第２差動アンプで、上記電流指令値演算手段
（７）とピーク値包絡線波形検出手段（１９）との指令
値との差を求め出力する。

（２３）は上記ピーク値包絡線波形検出手段（１９）の
出力と抵抗［２４）、抵抗２　（２５）であらかじめ設
定された最大電流値とを比較するコンパレータで。

遮断信号を出力している。

（９）は電流制御器（２１）とＰＷＭ信号発生器（２２
とから成る電圧制御装置で、電流制御器には上言１第２
差動アンプ（２０）の出力を、ＰＷＭ信号発生牙にはコ
ンパレータ（２３）と電流指令値演算手段（７）の積分
器（１５）の出力を入力としている。

次に動作について説明する。誘導機（５）の回東に伴っ
て、タコジェネレータ（６）は誘導機（５）０回転数に
比例した電圧を出力するにれを以下匡転数検出信号とす
る。

回転数検出信号は、差動アンプｆｌＯ）で外部かぐ与え
られる回転数指令値との差を求め、速度検汁器（ｉｌｌ
に入力される。速度検出器（１１）は１回転ｊ検出信号
と回転数指令値との差によって、トルク指令値を演算す
る。関数発生器（１２）はこのトルク指令値から滑り周
波数を演算し、加算器（１４）で回転数検出信号と加算
することで、−次層波数が稈られる。

一次周波数は、積分器（１５）で積分し１回転座樽系の
回転角となる。この回転角に基づいて、関恥発生器（１
３）は、トルク指令値の変動分を演算し。

これとトルク指令値を乗算器（１６）で掛は合わせるこ
とにより、直流電流指令値ｉ　Ｄｅ”となる。

一方、直流母線電流は、電流検出器（８）で検出され、
ピークホールド回路（１８）でピークホールドされ、包
絡線波形が検８される。

この波形は、差動アンプ（２０）によって直流母線電流
指令値ｉ　ｂｅ”との差を取り、電流制御器（２１）に
入力される。電流制御器（２１）は、制御側に従って電
圧指令値を演算し、ＰＷＭ信号発生器（２２）に与える
。

ＰＷＭ信号発生器は、電圧指令値及び回転座標の回転角
から誘導機に加える電圧を決定し。

ＰＷＭ変調されたドライブ信号をパワートランジスタモ
ジュール（４）に与える。パワートランジスタモジュー
ル（４）は、ＰＷＭ信号発生器から与えられた信号に従
ってオン・オフし、誘導機（５）に電圧を加え、モータ
を駆動する。

ピークホールドされた電流値があらかじめ定められた最
大電流値より大きい場合は、コンパレータ（２３）が遮
断信号を発生し、ＰＷＭ信号発生装置（２２）はこの遮
断信号に基づいて、パワートランジスタモジュール（４
）を全てオフ状態にし、電流が更に増加して素子が破壊
するのを防ぐ。

ここで、モータ電流と直流ａ線電流のピーク値の包絡線
波形の関係を見ると、中性点を持たないモータであれば
各相のモータ電流は＋　　ｌｕ”　ｌｖ＋　ｉｗ＝Ｏの
関係を満たす。すなわち極性を含めた相電流の総和は零
であり、正極性の電流の総和と負極性の電流の総和は等
しい。

第３図に示すように、母線電流は相電流がパワートラン
ジスタ（４）のダイオードを通って還流していないとき
は、パワートランジスタ（４）の上アームのいずれかの
相を流れ、モータの正極性の相電流となり、モータの巻
き線を通って、残りの相の負極性の相電流となり、パワ
ートランジスタ（４）の下アームを通って全て８線のマ
イナス側に戻ってくる。

従って、このときはモータの相電流のうち正極性のもの
、或いは負極性のものの総和が母線電流となり、かつ電
圧が加えられているので、電流は増加波形となり、ピー
ク値はこの期間に発生する。相電流が還流しているとき
は、その電流はモータとパワートランジスタ間のみでな
がれ、ｑ線電流には反映されないが、電圧が加えられて
いないので、電流は減少する波形となり、ピーク値には
影響しない。よって、ａ線電流のピーク値は相電流のう
ち、正極性または負極性の電流の総和を表しているので
、これを制御することにより相電流を制御できる。ここ
で、電圧を３相対称に制御するならば、各々の電圧波形
は となる。負荷が対称であれば。

り力率角αだけ遅れた 電流波形はこれよ となるので、ａ線電流を制御する際に電圧を対称に制御
すれば母線電流は対称に各相に分配される。母線電流指
令値は１例えばｆｂ１式において０≦０（＝ω・を−α
）≦−πのとき正極性の電流の和は、第４図からも分か
るように Ｉ　ａｌｌｌ　＝Ｂｓｉｎ　　（θ＋−π）となり、振
幅Ｂはトルク指令値の関数７位相はθの関数となるので
、θを人力とする関数発生器（１３）の出力トルク指令
値である速度制御器（１１）の出力を乗算することによ
り得られる。

［発明の効果］ 以上のようにこの発明に係る誘導電動機の制御装置は回
転速度から直流母線電流の指令値を演算する電流指令値
演算手段と、直流母線電流のピーク値の包絡線波形を検
出する手段と、前記指令値と検出値との差に応じて電動
機に印可する出力電圧を制御する手段とから構成されて
おり、検出巳な直流母線電流を前記指令値に一致させる
べく自己の出力電圧を制御するようにし、かつ、検出し
た直流母線電流が、あらかじめ定められた最大電流値を
越えた場合は、モータへの電圧出力を遮断するようＩＩ
Ｉ　（卸し、パワートランジスタなどのスイッチング素
子を保護しつつ、誘４電動機のトルクを制御するための
電流制御が簡単な構成かつ低コストで行える制御装置を
得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、この発明一実施例による誘導電動機の制御装
置を示すブロック図、第２図は第１図のピークホールド
回路の構成例を示す図、第３図は相電流と母線電流波形
のピーク値の関係を示す図、第４図はモータ電圧・電流
波形と相電流のピーク値の包絡線波形との関係を示す図
、第５図は従来の誘導電動機の制御装置を示すブロック
図。 第６図はスイッチング素子の保護機能を持つ別の従来の
インバータ装置である。 （７）は電流指令値演算手段、（９）は電圧制御装置、
　（１９１は直流母線電流ピーク値包絡線波形検出手段
である。 なお１図中、同一符号は同一、または相当部分を示す。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 直流電源に接続された３相フルブリッジ構成のスイッチ
   ング素子をスイッチング制御することによつて、中性点
   を有しない３相誘導電動機を、その速度または発生トル
   クを指令値と一致させるべく制御しながら駆動する制御
   装置において、直流母線電流のピーク値の包絡線波形指
   令値を演算する電流指令値演算手段と、 直流母線電流のピーク値の包絡線波形を検出する直流母
   線電流ピーク包絡線波形検出手段と、上記電流指令値演
   算手段の指令値と、直流母線電流ピーク値包絡線波形検
   出手段の検出値との差に応じて電動機に加える出力電力
   を制御する電圧制御装置より成る誘導電動機の制御装置
   。