JPH0720098U - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【目的】一次電流指令が広範囲に周波数変化した場合
に、電流制御アンプのゲインをほぼ一定に保ち、安定な
電流制御ができる交流電動機の制御装置を提供する。 【構成】電流を検出する電流検出器と、その出力信号
と、電流指令信号を用いた電流制御手段とからなる交流
電動機の制御装置において、電流指令信号と電流検出器
の出力信号とを入力する電流制御アンプ８Ａを設け、電
流制御アンプは抵抗とコンデンサとによる比例積分回路
および当該電流制御アンプ出力に設けた抵抗ともう一つ
の抵抗に並列接続した高速スイッチ素子ＳＷとを直列に
接続した分圧帰還回路にて構成し、交流電動機の一次電
流指令が広範囲に周波数変化した場合にも、高速スイッ
チ素子にて分圧帰還回路の分圧比の可変が可能となり、
電流制御アンプのゲインをほぼ一定に保つことができ
る。

Description

【考案の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】

本考案は、交流電動機の制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】

従来の交流電動機の速度制御を行う制御装置の構成例を図３を参照して説明す る。同図において、１は交流電源、２は整流回路、３はＰＷＭ（パルス幅変調） インバータ、４は交流電動機、５は速度センサー、６は電流検出器、７は速度制 御部、８は電流制御アンプ（ＡＣＲ）、９は三角波発振器（ＯＳＣ）、１０はパ ルス幅変調（ＰＷＭ）回路である。

【０００３】 図３の制御装置においては、速度指令ωｒ^* に対し速度センサー５よりの速度 信号ωｒを速度制御部７に入力し、交流電動機４の速度制御を行うものである。 速度制御部７では速度要素、電流要素が演算され、その結果、出力として交流電 動機４の一次電流指令Ｉ₁ ^* （交流信号）が出力される。なお、速度制御部７に ついては本考案と直接関係ないのでその詳細な説明は省略する。

【０００４】 上記した交流の一次電流指令Ｉ₁ ^* は、ＰＷＭインバータ３と交流電動機４と の間に設けた電流検出器６で検出される交流の電流検出信号Ｉ₁ と電流制御アン プ（ＡＣＲ）８にて比較増幅される。この電流制御アンプ８の出力信号Ｅ₁ ^* は 三角波発振器９より出力される三角波搬送波とによりＰＷＭ回路１０にてＰＷＭ 変調（パルス幅変調）され、ＰＷＭインバータ３にベース信号として与えること により電流制御系を構成している。

【０００５】

【考案が解決しようとする課題】

このような電流制御系における電流制御アンプ８の回路構成を図４に示す。

【０００６】 電流制御アンプ８は、演算増幅器Ａｍｐと、その入力抵抗Ｒｉと、コンデンサ Ｃｆと抵抗Ｒｆとの直列接続になる帰還回路による比例積分回路と、演算増幅器 Ａｍｐの出力に接続し帰還回路のゲインを可変する可変抵抗器ＶＲとから構成さ れる。このように、電流制御アンプ８には交流の電流指令Ｉ₁ ^* と電流検出器６ で検出される交流の電流検出信号Ｉ₁ との偏差信号が入力され、偏差信号が比例 積分される。

【０００７】 ところで、電流制御アンプ８にて交流電動機に流れる電流を制御して速度制御 を行った場合、可変抵抗器ＶＲにて帰還回路のゲインを１ポイントに設定するた め、速度制御部７より出力される周波数が可変する交流の一次電流指令Ｉ₁ ^* に 対し電流制御アンプ８は一定のゲインでしか動作しない。この結果、電流制御ア ンプ８のゲインを可変抵抗器ＶＲにて低周波数で安定な電流制御ゲインに設定す ると、高周波数においては電流制御アンプ８のゲイン低下により一次電流指令Ｉ₁ ^* どおりの電流が流れなく，安定な電流制御ができなくなり、交流電動機の出 力負荷にトルクリップルによる振動が生じたり、交流電動機が異常発熱したりす る等の問題が生じる。また、電流制御アンプ８のゲインを可変抵抗器ＶＲにて高 周波で安定な電流制御ゲインに設定すると、低周波数においては電流制御アンプ ８のゲイン高により不安定な電流制御系となり、その結果速度制御が安定に動作 しない等の問題が生じる。 このような問題は、交流電動機を商用周波数以上の高周波数まで広範囲に制御 した場合に顕著に生じる。

【０００８】 本考案は上記問題を解決するためになされたもので、その目的は、比例積分回 路を用いて電流制御系を構成した場合、交流電動機の一次電流指令が広範囲に周 波数変化しても、電流制御アンプのゲインをほぼ一定に保ち、適切でしかも安定 な電流制御ができる交流電動機の制御装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】

本考案は上記目的を達成するために、交流電動機に流れる交流電流を検出する 電流検出器と、前記電流検出器の出力信号と、交流電動機に流れる電流指令であ る電流指令信号を用いて交流電動機に流れる交流電流を制御する電流制御手段と からなる交流電動機の制御装置において、前記電流指令信号と前記電流検出器の 出力信号とを入力する電流制御アンプを設けると共に前記電流制御アンプは抵抗 とコンデンサとによる比例積分回路および当該電流制御アンプ出力に設けた抵抗 ともう一つの抵抗に並列接続した高速スイッチ素子とを直列に接続した分圧帰還 回路にて構成したことを特徴とする。

【００１０】

【作用】

本考案においては、一次電流指令が周波数変化した場合、交流電動機の一次周 波数要素を分圧帰還回路内の抵抗と並列に接続した高速スイッチ素子に与え、一 次周波数に応じて高速スイッチ素子のスイッチ動作にて抵抗の抵抗値を可変し、 交流電動機の一次電流指令が広範囲に周波数変化した場合においても、電流制御 アンプのゲインをほぼ一定に保つことができる。

【００１１】

【実施例】

以下、本考案の実施例を図を参照して説明する。 図１は本考案の一実施例の構成図であり、図４で示した従来の構成と同等の機 能を有する要素については同一符号を付してその説明を省略する。

【００１２】 図１において、電流制御アンプ８Ａの構成のうち、演算増幅器Ａｍｐ、入力抵 抗Ｒｉ、コンデンサＣｆと抵抗Ｒｆとの直列接続よりなる帰還回路、演算増幅器 Ａｍｐの出力に接続した抵抗Ｒ１，Ｒ２は従来の可変抵抗器ＶＲに代るものであ り、分圧帰還回路にて電流制御アンプのゲインを決定するものである。ＳＷは抵 抗Ｒ１とコンデンサＣ１と並列に接続した高速スイッチ素子であり、抵抗Ｒ２に 直列に接続されている。高速スイッチ素子ＳＷのゲート信号は、交流電動機の一 次周波数要素である回転数ωｒを入力し高速スイッチ素子ＳＷを全オン、全オフ 、オンデューティ制御するかの制御を行うゲート制御回路２０より供給されるよ うに構成されている。

【００１３】 上記のような回路構成において、以下一相当たりの電流制御について説明する 。 まず、抵抗の抵抗値をＲ１＝Ｒ２とし、かつこの抵抗値は帰還回路のインピー ダンスより十分小さく選定する。交流電動機の一次周波数が低周波の状態では、 ゲート制御回路２０は高速スイッチ素子ＳＷを全オンする信号を出力する。従っ て、電流制御アンプ８Ａの帰還回路は、コンデンサＣｆに抵抗Ｒｆが接続された だけの構成となる。電流制御アンプが低周波領域で安定となるようなコンデンサ Ｃｆ、抵抗Ｒｆに選定する。

【００１４】 ここで、一般的に電流制御アンプ８Ａの伝達関数は（１）式となる。 Ｇ（ｓ）＝（１＋Ｒｆ・Ｃｆ・ｓ）／（β・Ｒｉ・Ｃｆ・ｓ） …（１） ｓ：ラプラス演算子 β：分圧帰還回路によるゲイン（β＝１） 抵抗Ｒ１，Ｒ２の抵抗値は帰還回路のインピーダンスより十分小さい ので無視する 従って高速スイッチ素子ＳＷが全オンの時の電流制御アンプ８Ａの伝達関数は （２）式となる。 Ｇ（ｓ）＝（１＋Ｒｆ・Ｃｆ・ｓ）／（Ｒｉ・Ｃｆ・ｓ） …（２）

【００１５】 次に、交流電動機の一次周波数が高周波数になると、ゲート制御回路２０は高 速スイッチ素子ＳＷを全オフする信号を出力する。従って、電流制御アンプ８Ａ の帰還回路は、コンデンサＣｆと抵抗Ｒｆが直列に接続され、さらに分圧帰還回 路Ｒ１，Ｒ２によるゲイン分が増幅される。この分圧帰還回路の詳細説明は文献 資料にあるので省略する。この場合の電流制御アンプ８Ａの伝達関数を求めると （１）式のβ＝１／２となり、下記（３）式となる。 Ｇ（ｓ）＝（１＋Ｒｆ・Ｃｆ・ｓ）／（１／２・Ｒｉ・Ｃｆ・ｓ）…（３） ｓ ：ラプラス演算子 １／２：分圧帰還回路によるゲイン（β＝１／２）

【００１６】 （３）式を書き直すと、下記（４）式となる。 Ｇ（ｓ）＝２（１＋Ｒｆ・Ｃｆ・ｓ）／（Ｒｉ・Ｃｆ・ｓ） …（４） （２）式と（４）式を比較すると、（４）式の方が電流制御アンプのゲインが２ 倍になっていることがわかる。

【００１７】 今、一例として分圧帰還回路の抵抗をＲ１＝Ｒ２としたが、抵抗値を変えるこ とによりゲインが変化することは、（１）式より判明している。従って、ゲート 制御回路２０の出力信号により高速スイッチ素子ＳＷをオン，オフすることによ り電流制御アンプ８Ａのゲインを可変することは可能である。上記制御の場合の ゲート制御回路２０の出力特性を図２（ａ）に示す。同図中一次周波数ｆ１の変 化に対し、高速スイッチ素子ＳＷの切り替えにはヒステリシス幅をもたせている 。なお、抵抗Ｒ１に並列に接続しているコンデンサＣ１は前述の制御時には不要 である。

【００１８】 次に、上記制御の場合よりも電流制御精度が要求される場合や高速スイッチ素 子ＳＷが切り替わる瞬間のショックによる交流電動機の出力負荷のトルク変動が 問題になる場合に対応する本考案の他の実施例を説明する。

【００１９】 電流制御アンプ８Ａの構成は図１と同様である。異なる点はゲート制御回路２ ０の出力信号を上記ＳＷ全オン、全オフの他に全オンから全オフに移行する時に オンデューティ制御を行うように構成したことである。この場合のゲート制御回 路２０の出力特性を図２（ｂ）に示す。

【００２０】 オンデューティ制御を行う一例としては、搬送波である三角波の周波数を数十 ｋＨｚと高くし、速度要素と三角波を比較する方法にて行う。ここで単に高速ス イッチ素子ＳＷを抵抗Ｒ１に並列接続しただけでは、搬送波である三角波の周波 数成分が電流制御アンプ８Ａの出力に現れる。従って、これを除去する目的で抵 抗Ｒ１と並列にコンデンサＣ１を接続する。搬送波である三角波の周波数が、一 次周波数より十分高いこと、また分圧帰還抵抗回路の抵抗値が低いことにより、 コンデンサＣ１による遅れは電流制御には問題なく、オンデューティ制御は連続 的に制御ができる。搬送波である三角波の周波数を高くすれば、コンデンサＣ１ の値は小さくできることは可能である。

【００２１】 このように、高速スイッチ素子ＳＷにてオンデューティ制御を行うことにより 、分圧帰還回路の抵抗値が連続的に可変され、電流制御アンプのゲインも（２） 式から（４）式に瞬間的に変化するのではなく、（２）式から（４）式に連続的 に変化する。

【００２２】 従って、ゲート制御回路２０にて高速スイッチ素子ＳＷが全オン、オンデュー ティ制御、全オフする一次周波数を決めると、前述した問題点すなわち、電流制 御精度が要求される場合や高速スイッチ素子ＳＷが切り替わる瞬間のショックに よる交流電動機の出力負荷のトルク変動は解決する。

【００２３】

【考案の効果】

以上説明したように、本考案では交流電動機の一次電流指令が広範囲に周波数 変化した場合においても、交流電動機の一次周波数要素を比例積分回路のゲイン を決める分圧帰還回路内の抵抗と並列に接続した高速スイッチ素子に与え、高速 スイッチ素子にて分圧帰還回路の分圧比の可変が可能となり、電流制御アンプの ゲインをほぼ一定に保つことができる。その結果、適切でしかも安定な電流制御 が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】本考案の一実施例である電流制御アンプの回路
図。

【図２】図１の電流制御アンプ内の高速スイッチ素子を
制御するゲート制御回路の入出力特性図であり、同図
（ａ）は高速スイッチ素子のオン，オフする場合の入出
力特性図、同図（ｂ）は高速スイッチ素子が全オン、オ
ンデューティ制御、全オフする場合の入出力特性図。

【図３】従来の交流電動機の制御装置の回路図。

【図４】図３の電流制御アンプの回路図。

【符号の説明】

１…交流電源、２…整流回路、３…ＰＷＭインバータ、
４…交流電動機、５…速度センサー、６…電流検出器、
７…速度制御部、８，８Ａ…電流制御アンプ、９…三角
波発振器、１０…ＰＷＭ回路、２０…ゲート制御回路、
ＳＷ…高速スイッチ素子。

Claims (1)

【実用新案登録請求の範囲】
1. 【請求項１】 交流電動機に流れる交流電流を検出する
   電流検出器と、前記電流検出器の出力信号と、交流電動
   機に流れる電流指令である電流指令信号を用いて交流電
   動機に流れる交流電流を制御する電流制御手段とからな
   る交流電動機の制御装置において、前記電流指令信号と
   前記電流検出器の出力信号とを入力する電流制御アンプ
   を設けると共に前記電流制御アンプは抵抗とコンデンサ
   とによる比例積分回路および当該電流制御アンプ出力に
   設けた抵抗ともう一つの抵抗に並列接続した高速スイッ
   チ素子とを直列に接続した分圧帰還回路にて構成したこ
   とを特徴とする交流電動機の制御装置。