JPH0799885B2 - 同期電動機の可変速制御装置 - Google Patents

同期電動機の可変速制御装置

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JPH0799885B2
JPH0799885B2 JP61050306A JP5030686A JPH0799885B2 JP H0799885 B2 JPH0799885 B2 JP H0799885B2 JP 61050306 A JP61050306 A JP 61050306A JP 5030686 A JP5030686 A JP 5030686A JP H0799885 B2 JPH0799885 B2 JP H0799885B2
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の技術分野] この発明は、同期電動機の可変速制御装置、詳しくは、
例えば車両用に使用される永久磁石式同期電動機を効率
的に可変速制御する同期電動機の可変速制御装置に関す
る。
[発明の技術的背景およびその問題点] 例えば、車両に使用される永久磁石式同期電動機は、車
載バッテリからの直流電圧をインバータ回路で交流電圧
に変換し、この交流電圧により駆動されるが、該電動機
を応答特性を良く、高効率で可変速制御するために電動
機に供給される交流電圧の周波数および電圧を可変制御
する可変電圧可変周波数制御が行なわれている。第7図
はこのような制御方式を採用した従来の同期電動機の可
変速制御装置のブロック図である。
第7図において、車載バッテリ1の直流電圧はインバー
タ2によって交流電圧に変換され、該交流電圧により同
期電動機3が駆動されている。この同期電動機3は例え
ば車両用に使用されるものであり、例えばアクセル等か
らなる可変速指令器5から供給される可変速指令信号A
により制御されるようになっているとともに、更にこの
場合同期電動機3の回転速度を検出する回転速度センサ
4からの回転速度信号ωがフィードバックされ、この回
転速度信号ωも考慮して駆動制御されている。すなわ
ち、可変速指令器5からの可変速指令信号Aはこの可変
速指令信号Aに比例した係数A′を出力する関数発生器
6に供給されており、また回転速度センサ4からの回転
速度信号ωはこの回転速度信号ωに依存した入力電圧/
回転速度係数(以下、V/Fと略称する)、すなわち係数
γを発生するV/F発生器7に供給されている。そして、
関数発生器6からの係数A′はV/F発生器7からの係数
γと掛算器8で掛けられて印加指令電圧||が算出さ
れ、この印加指令電圧||は三相正弦波発生器9に供
給されている。三相正弦波発生器9にはまた回転速度セ
ンサ4からの回転速度信号ωも供給されていて、三相正
弦波発生器9は前記印加指令電圧||および回転速度
信号ωにより決定される三相正弦波信号を出力する。こ
の三相正弦波信号はコンパレータ11,12,13の一方の入力
にそれぞれ供給され、他方の入力に供給されている搬送
用三角波発生器10からの三角波信号と振幅比較されてい
る。この結果、三相正弦波信号をそれぞれパルス幅変調
してインバータ2に供給し、これによりバッテリ1の直
流電圧を三相交流電圧に変換して同期電動機3を駆動制
御している。
このような制御においては、発生トルクが一定になるよ
うにV/Fを一定に制御し、同期電動機3の回転速度に比
例して入力電圧を可変している。このため、各回転速度
における各トルク値に対して同期電動機の効率が最大で
ある動作点上で必ずしも動作するとは限らず全体的効率
が悪化するという問題がある。また、悪化した効率で作
動している場合には入力電流が過大になり、その発熱で
電動機の巻線の絶縁破壊が生じたり、また出力が低下す
る等という問題がある。
[発明の目的] この発明は、上記に鑑みてなされたもので、その目的と
するところは、同期電動機を効率的に動作させて信頼性
および効率を向上するようにした同期電動機の可変速制
御装置を提供することにある。
[発明の概要] 上記目的を達成するために本発明は、回転速度指令手段
からの指令信号および同期電動機の回転速度信号に基づ
いて該電動機に供給される交流入力信号を生成し、該交
流入力信号により電動機を駆動制御する同期電動機の可
変速制御装置において、前記電動機に供給される入力電
流および入力電圧をそれぞれ検出する入力電流/入力電
圧検出手段と、検出された入力電流および入力電圧がそ
れぞれ増大傾向にあるかまたは減少傾向にあるかを検出
する増減傾向検出手段と、検出された入力電流および入
力電圧が共に増大傾向または減少傾向にある場合には前
記交流入力信号を減少させる補正指令を、検出された入
力電流および入力電圧の内、一方が増大傾向にあり他方
が減少傾向にある場合には前記交流入力信号を増加させ
る補正指令を生成する補正手段とを具備することを特徴
とする。
[発明の実施例] 以下、図面を用いてこの発明の実施例を説明する。
第1図はこの発明の一実施例に係わる同期電動機の可変
速制御装置のブロック図である。同図に示す同期電動機
の可変速制御装置は例えば車両用として使用される同期
電動機を駆動制御するものであるが、符号1−13で示す
各要素の構成は第7図の構成と同じであり、この構成に
対して新たに同期電動機3への入力電流を検出すべくイ
ンバータ2の入力側に接続された入力電流検出器14と、
同期電動機3への入力電圧を検出すべくインバータ2の
出力に接続された入力電圧検出器15と、入力電流検出器
14および入力電圧検出器15にそれぞれ接続された微分回
路16a,16bと、微分回路16a,16bの出力に接続された入力
電圧補正係数発生器17とを追加したものである。
微分回路16a,16bはそれぞれ第2図に示すようにコンデ
ンサCおよび抵抗Rからなる通常の微分回路で構成され
ている。微分回路16a,16bはそれぞれ入力電流検出器14
および入力電圧検出器15からの入力電流および入力電圧
を微分することにより入力電流および入力電圧が増大傾
向にあるのかまたは減少傾向にあるのかを検出してい
る。各微分回路の出力電圧が正である時は対応する入力
信号は増大傾向にあり、逆に負である時は対応する入力
信号は減少傾向にあることを意味する。
入力電圧補正係数発生器17は例えばROMメモリからなるR
OMパッケージを使用し、微分回路16a,16bを介して入力
される入力電圧および入力電流をパラメータとして入力
電圧補正係数αをテーブル形式に記載し、入力信号に応
じて入力電圧補正係数αを読み出すような構成のもので
もよいが、ここにおいて第3図に示すような回路構成の
ものを一例として説明する。
第3図に示す入力電圧補正係数発生器17は入力電流検出
器14および入力電圧検出器15からの入力電流1および入
力電圧Vをそれぞれ微分回路16a,16bを介してコンパレ
ータ18a,18bで受信し、それぞれ0ボルトの基準電圧と
比較している。コンパレータ18a,18bの出力は排他的論
理和回路19に供給され、排他的論理和回路19の出力は電
圧増減係数発生器20に供給されている。コンパレータ18
a,18bは微分回路16a,16bからの微分出力を0ボルトの基
準電圧と比較し、正規の正レベルおよび負レベルの論理
信号に変換している。排他的論理和回路19はこの正規の
論理レベルに変換された両入力信号、すなわち入力電流
の増減傾向を示す論理信号と入力電圧の増減傾向を示す
論理信号との排他的論理和を取り、その出力信号Kを正
負の信号として出力している。次表はこの関係を示して
いるものである。
すなわち、排他的論理和回路19の出力信号Kは両入力が
同じ符号の時は負となり、異なる符号の時は正となる。
電圧増減係数発生器20はこの信号Kに1を加算し(1+
K)としている。従って、電圧増減係数発生器20の出力
(1+K)は表に示すように両微分信号が共に正または
負の時には1より小さく(<1)、一方が正で他方が負
の時には1より大きくなる(1>)。
電圧増減係数発生器20の出力、すなわち入力電圧補正係
数発生器17の出力は第1図に示す掛算器8に供給されて
いるが、これにより掛算器8において関数発生器6から
の出力係数A′とV/F発生器7からの出力係数γとの積
である印加指令電圧||に対して電圧増減係数発生器
20の出力(1+K)を掛けて印加指令電圧||を増減
補正している。その結果、表に示すように両微分信号が
共に正または負で同じ場合、すなわち入力電流および入
力電圧が共に増大または減少傾向にある時には印加指令
電圧||を減少し、一方が正で他方が負の場合、すな
わち入力電流または入力電圧の一方が増大傾向にあり、
他方が減少傾向にある場合には印加指令電圧||を増
大している。
ところで、同期電動機3の回転速度N0が一定の場合にV/
Fを一定に制御する従来の方法ではトルク−直流入力電
流特性は第4図に示すような曲線の特性となる。なお、
この特性において入力電圧はV0(v)である。ここにお
いて、今入力電圧をV1<V0<V2の範囲で可変させると、
トルク−入力電圧特性は第5図に示すような各電圧V1,V
0,V2に対してそれぞれ曲線a,b,cで示すように変化す
る。すなわち、同じ回転速度N0においてトルクTに対し
て入力電圧をV1,V0,V2のように変化させることによりト
ルクTに対する入力電圧がかなり低下し得る点があるこ
とがわかる。換言すると、従来のようにV/Fが一定であ
るように入力電圧V0を固定して制御すると、第4図に示
すようにトルクTが0からtpに変化する時には入力電流
は減少し、トルクTがtpからtmに変化する時には入力電
流は増大し、効率が悪くなっている。これに対して入力
電圧を第5図に示すように可変して、この時のトルク−
入力電流特性の入力電流最小点の包絡線ABCDを利用する
ことにより永久磁石式同期電動機3の電機子電流を最小
にすることができ、これにより発熱を防止し、効率を向
上することができるのである。
次に、第5図に示す回転速度N0一定の特性において、例
えばトルクtpが一定の場合について入力電圧に対する入
力電流をプロットすると、第6図に示すようになる。こ
の第6図からわかるように、回転速度N0が一定でトルク
tpが一定の場合には入力電流を最小にする入力電圧は唯
の一点V0のみである。従って、入力電圧をこの値になる
ように制御することにより入力電流を最小にすることが
できる。
そして、上述したように、微分回路16a,16bにおいて求
めた入力電流および入力電圧の増減傾向を第6図の曲線
に沿って示す矢印31,33,35,37に対応させ、この増減動
作に対して入力電流が最小となる入力電圧V0を求めるべ
く入力電圧補正係数発生器17が動作しているのである。
次に作用を説明する。
可変速指令器5からの可変速指令信号Aに対する係数
A′および回転速度センサ4からの回転速度信号ωに対
する係数γに基づく掛算器8における掛算により印加指
令電圧||が出力され、この印加指令電圧||およ
び回転速度信号ωが三相正弦波発生器9に供給される。
三相正弦波発生器9からの三相正弦波信号はコンパレー
タ11,12,13において三角波発生器10からの三角波信号と
振幅比較され、パルス幅変調されてインバータ2に供給
され、これによりバッテリ1の直流電圧を三相交流信号
に変換して同期電動機3が駆動される。
この場合において、同期電動機3に供給される入力電流
は入力電流検出器14で検出され、入力電圧は入力電圧検
出器15で検出される。この検出された入力電流および電
圧はそれぞれ微分回路16a,16bで微分され、その増減傾
向が判定される。
今、入力電流および入力電圧が共に増大しているとする
と、これは第6図において矢印31で示すように入力電圧
がV0からV2に増大している場合になるが、この場合には
前記表で示したようにdt/dI=正,dv/dt=正となり、K
=負であるので、1+K<1となる。従って、この場合
にはこの負の入力電圧補正係数αが前記印加指令電圧|
|に掛けられて、入力電圧V、すなわち印加指令電圧
||は減少させられ、V0になるように制御される。こ
の結果、入力電流も最小値になるように制御される。
次に、入力電流が増大し、入力電圧が減少している場合
は、第6図の矢印33に示すように入力電圧がV0からV1
変化している場合であるが、この場合には前記表示で示
したようにdt/dI=正,dv/dt=負となり、K=正である
ので、1+K>1となる。従って、この場合にはこの正
の入力電圧補正係数αが前記印加指令電圧||に掛け
られて、入力電圧V、すなわち印加指令電圧||は増
大させられ、V0になるように制御される。この結果、入
力電流は最小値になるように制御される。
また、入力電流が減少し、入力電圧が増大している場合
は、第6図の矢印35で示す場合であり、この場合に同様
に前記表からわかるように入力電圧はV0になるように増
大制御され、この結果入力電流は最小になる。
また、同様に入力電流が減少し、入力電圧が減少してい
る場合は第6図に示す矢印37で示す場合であり、前期表
に示すように入力電圧はV0になるように減少制御され、
入力電流は最小になるように制御される。
なお、上記実施例においては、入力電流として直流電流
を使用しているが、交流電流でも同様に実施でき、この
場合には実効値、ピーク値等を検出することが考えられ
る。また、入力電圧も直流に限定されず、交流でもよい
こと同様である。入力電流の代りに入力電力を使用し、
電力が最小になるように入力電圧を制御してもよいこと
は勿論である。
「発明の効果」 以上説明したように、この発明によれば、電動機に供給
される入力電流および入力電圧をそれぞれ検出してこの
入力電流および入力電圧が共に増大傾向または減少傾向
にある場合には同期電動機の記交流入力信号を減少さ
せ、検出された入力電流および入力電圧の一方が増大傾
向にあり他方が減少傾向にある場合には前記交流入力信
号を増加させる補正をするようにしたので、定常運転時
のみならず加減速時等においても、同期電動機の入力電
流を最小にすることができ、効率の良い運転が可能とな
る。また、同期電動機の同一出力に対して電流を最小に
抑えることができるため、電流が過大になることが防止
されて同期電動機の巻線の絶縁破壊が防止されるととも
に、出力低下も防止され、また同期電動機の全体の効率
も向上することができる。
【図面の簡単な説明】
第1図はこの発明の一実施例に係わる同期電動機の可変
速制御装置のブロック図、第2図は第1図の装置に使用
される微分回路の回路図、第3図は第1図の装置に使用
される入力電圧補正係数発生器の回路図、第4図乃至第
6図はそれぞれ第1図の装置の作用を説明するためのト
ルク−入力電圧特性図および入力電圧−入力電流特性
図、第7図は従来の同期電動機の可変速制御装置のブロ
ック図である。 1……バッテリ、2……インバータ 3……同期電動機、4……回転速度センサ 5……可変速指令器、14……入力電流検出器 15……入力電圧検出器 16a,16b……微分回路 17……入力電圧補正係数発生器

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】回転速度指令手段からの指令信号および同
    期電動機の回転速度信号に基づいて該電動機に供給され
    る交流入力信号を生成し、該交流入力信号により電動機
    を駆動制御する同期電動機の可変速制御装置において、 前記電動機に供給される入力電流および入力電圧をそれ
    ぞれ検出する入力電流/入力電圧検出手段と、 検出された入力電流および入力電圧がそれぞれ増大傾向
    にあるかまたは減少傾向にあるかを検出する増減傾向検
    出手段と、 検出された入力電流および入力電圧が共に増大傾向また
    は減少傾向にある場合には前記交流入力信号を減少させ
    る補正指令を、検出された入力電流および入力電圧の
    内、一方が増大傾向にあり他方が減少傾向にある場合に
    は前記交流入力信号を増加させる補正指令を生成する補
    正手段と、 を具備することを特徴とする同期電動機の可変速制御装
    置。
JP61050306A 1986-03-10 1986-03-10 同期電動機の可変速制御装置 Expired - Fee Related JPH0799885B2 (ja)

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JP4068392B2 (ja) * 2002-05-13 2008-03-26 松下電器産業株式会社 モータ制御装置
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