JPH08182377A - 同期電動機の自動位相補正回路 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 界磁極検出信号とインバーター駆動信号との
位相をオンラインで検出する構造簡単かつ高精度の経済
的な同期電動機電流の自動位相補正回路。 【構成】 同期電動機の回転子位置を検出するエンコー
ダー３からのパルスをカウントして同電動機の磁極位置
を検出４するとともに、磁極位置に対応した正弦波信号
を同電動機を制御するコンピューターのメモリから読み
出し、この正弦波信号とエンコーダー３からのパルスを
カウントして得られる同電動機の速度検出信号６とを乗
算して得られる３相の電圧指令をＰＷＭ回路９に入力さ
せるとともに、エンコーダー３からの同電動機の１回転
ごとに磁極の切替点で出力される原点信号発生時点にお
ける同電動機電流の位相のずれを検出するとともに、こ
の位相のずれをゼロにする方向にコンピューターにメモ
リされた磁極位置に対応した正弦波信号データーを補正
する同期電動機電流の自動位相補正回路。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、同期電動機のステータ
ー巻線にモーターの磁極と同相の電流を流して、モータ
ーの回転を制御する際に用いる同期電動機の自動位相補
正回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】同期電動機においては、界磁極の磁界の
大きさをφ，電流値をＩ，真の界磁極位置を表す電気信
号と固定子電流の位相差をδとすると、発生トルクＴは Ｔ＝Ｋ・φ・Ｉｃｏｓδ（Ｋ：定数） となる。したがって、位相差δが大きくなると、発生ト
ルクは小さくなってしまう。すなわち、モーターをコン
ピューターのソフトウェアによって制御する際には、界
磁極を検出してからインバーターに駆動信号を出力する
までに演算時間がかかり、しかも、その間にモーターは
回転し、界磁極位置も刻々と変化していることから、上
記位相差δをさらに大きくしてしまうから、モーターの
トルクは低下し効率は悪くなる。この位相差δを補正す
る手段として、同期電動機の場合、その誘起電圧と界磁
極位置検出信号との位相差をカウンターにより検出し、
マイクロコンピューター処理により補正する手段が特願
昭５８−１５８８４１号により提案されている。ところ
が、この手段では、誘起電圧の検出回路及び誘起電圧と
界磁極位置検出信号の位相差検出回路を必要とし、回路
構成が複雑であるばかりでなく、この場合は、検出器を
取り付ける際に生ずる機械的ずれに基づく界磁極と検出
器の位相差を補正することはできても、サーボ系をソフ
トウェア制御する際に生ずる演算遅れや、検出方式に起
因する遅れに基づく制御量（電流）と検出信号との位相
差を補正することはできない。また、界磁極位置検出の
ための誘起電圧の検出を不要にして、回路構成を簡単に
した同期電動機の界磁極検出位置補正手段が特公昭６０
−１４８３９４号公報に記載されている。これによる
と、図４〜図６において、１０はモーター駆動のための
電力変換のインバーター、１１はモーターの同期電動
機、１２は界磁極位置を検出するレゾルバー、１３はレ
ゾルバー位置の検出を行うレゾルバー位置検出回路、１
４は位相差より正弦波信号を出力する信号処理回路、１
５はレゾルバー励磁回路、１６ａ，１６ｂはトルク指令
Ｔとα相，β相出力を乗算する乗算器、１７は３相電気
子電流指令を出力する電流制御回路、１８はインバータ
ー１０に駆動信号群を出力するパルス幅変調・駆動回
路、１９は速度偏差によりトルク指令Ｔを出力する速度
アンプ、２０はトルク外乱信号ΔＴを出力するトルク外
乱発生回路、２１は速度フィードバックを算出する速度
検出回路、２２は発生トルクがゼロとなるように信号処
理回路１４に位相可変信号を出力する磁極位置誤差検出
回路である。このような回路において、図６に示すフロ
ーチャートに示すように、下記のステップにて制御が行
われる。 ステップ１：速度指令Ｎｒｅｆをゼロとする。 ステップ２：トルク外乱発生回路２０でトルク外乱発生
信号ΔＴを発生させる。 ステップ３：速度検出回路２１で速度Ｎｔｂを演算す
る。 ステップ４：速度アンプ１９で発生トルクＴＫ（Ｎｒｅ
ｆ−Ｎｔｂ）を演算する。 ステップ５：発生トルクＴがゼロかどうか判定する。 ステップ６：発生トルクＴの極性を判定する。これは前
述のように発生トルクＴがゼロになった時点の位相差δ
がπ／２か３π／２かをチェックするために行う。 ステップ７：発生トルクＴが正のときのベクトル制御を
行うための位相差δの補正量θｃを設定する。 ステップ８：発生トルクＴが負のときのベクトル制御を
行うための位相差δの補正量θｃを設定する。 ステップ９：信号処理回路１４内のＲＯＭのアドレスを
“１”増加させた後、ステップ２に戻る。ステップ２か
らステップ３までの処理は発生トルクＴがゼロになるま
で繰り返される。 ステップ１０：真の磁極位置θ＝δｏ＋γ＋θｃを演算
する。すなわち、このステップではδｏ＋γが演算さ
れ、このγの値が信号処理回路１４に記憶される。そし
て同期電動機１１の駆動に入ると、トルク外乱発生回路
２０及び磁極位置誤差検出回路２２は切り離され、レゾ
ルバー位置検出回路１３からの入力δｏに記憶されてい
たγを加え、δ＝δｏ＋γ＋θｃを信号処理回路１４で
演算してｃｏｓδ＝１となるような出力ｓｉｎθ，ｃｏ
ｓθを信号処理回路１４から出力する。つまり、このと
きの補正はレゾルバー位置検出回路１３の出力からアド
レス（δｏ＋γ）のＲＯＭの値を引くか又は位相π／２
に相当するアドレスの値を加えることにより行う。この
補正は正弦，余弦の波形を発生するときに毎回行う。こ
れにより界磁極位置検出のための誘起電圧の検出回路が
不要で回路構成が簡単になり、また、界磁極位置誤差を
速度アンプの出力に検出しているので検出感度が高く、
高精度の界磁極位置検出の補正をすることができる。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな手段では、位相補正はオフライン時でないと行えな
いため、オンライン時における演算遅れに起因する制御
量（電流）と検出信号との位相差を補正することができ
ないという欠点がある。

【０００４】本発明はこのような事情に鑑みて提案され
たもので、界磁極検出信号とインバーター駆動信号との
位相をオンラインで検出，調整することができる構造簡
単かつ高精度の経済的なモーター電流の自動位相補正回
路を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】そのために本発明は、３
相交流を直流に変換したのち、所要の周波数出力を発生
するインバーターによって駆動される同期電動機と、同
同期電動機に連動して駆動されパルス列信号と同同期電
動機の１回転ごとの磁極切替点である原点信号とを出力
するエンコーダーと、同エンコーダーの出力する上記信
号をそれぞれ入力し、カウント値としてこれを出力する
磁極位相検出回路，カウント値により速度算出を行う速
度検出回路と、同磁極位相検出回路の出力によりＲＯＭ
から読み出された正弦波信号を出力する正弦波発生回路
と、上記速度検出回路の出力と速度指令信号Ｗｒｅｆに
よりトルク指令信号を生成する速度制御回路と、同速度
制御回路の出力ｉｒｅｆと上記正弦波発生回路の出力す
るＵ相，Ｖ相の正弦波磁極位置をそれぞれ乗算する乗算
器と、電気子電流指令Ｕｉｒｅｆ，Ｖｉｒｅｆをそれぞ
れ入力するとともに、上記インバーターの出力するＵ相
電流ｉｕ，Ｖ相電流ｉｖをフィードバックし、３相電圧
指令を生成する電流制御回路と、同電流制御回路から３
相の電圧指令を入力し、インバーター駆動し上記同期電
動機を駆動するＰＷＭ回路とを具えたこと特徴とする。

【０００６】

【作用】このような構成によれば、トルク指令に基づい
たコンピューターからの正弦波信号出力によるＰＷＭ回
路を介してのインバーター制御によってモーターが回転
する。モーターが回転すると、その回転子位置を検出す
るエンコーダーからのパルスカウントによってモーター
の磁極位置が検出されるとともに、磁極位置に対応した
正弦波信号がモーターを制御するコンピューターのメモ
リから読み出される。その結果、この正弦波信号とエン
コーダーからのパルスをカウントして得られるモーター
の速度検出信号とが乗算されるとともに、トルク指令に
対応した３相の電圧指令がＰＷＭ回路に入力され、ＰＷ
Ｍ回路からの出力によるインバーター制御によってモー
ターのステーター巻線にはモーターの磁極と同相の電流
を流すことができる。ここで、エンコーダーからモータ
ーの１回転ごとに磁極の切替点で原点信号が発生すると
ともに、この磁極切替時点でモーター電流の位相のずれ
が検出される。この位相のずれが検出された時点におい
て、この位相のずれをゼロにする方向にコンピューター
にメモリされた磁極位置に対応した正弦波信号データー
を補正する。これによって、モーターは原点信号発生の
たびに界磁極位置とモーター電流との位相差がゼロにな
るように自動位相補正が行われる。

【０００７】

【実施例】次に、本発明の一実施例を図面について説明
すると、図１はその全体回路図、図２は図１における位
相補正の原理を示す磁極波形及びモーター巻線電流の波
形図、図３は図１における自動位相補正のフローチャー
トである。

【０００８】まず、図１において、３相交流を直流変換
した後、任意の周波数出力を発生させるインバーター１
によって駆動制御されるモーター２の回転子位置と速度
とは、同モーターに連動するエンコーダー３からのパル
ス出力と、モーター２の１回転ごとに磁極の切替点で出
力されるエンコーダー３からの原点信号によって検出さ
れる。すなわち、エンコーダー３からのパルス列と原点
信号は、磁極位置検出回路４に入力した後、カウント値
として正弦波発生回路５に出力する一方、速度検出回路
６にも入力する。正弦波発生回路５からはカウント値に
よりメモリ（ＲＯＭ）から正弦波信号が読み出され、ト
ルク指令信号ｉｒｅｆと正弦波発生回路５からのＵ相，
Ｖ相出力とがそれぞれ乗算回路７ａ，７ｂで乗算され、
電機子電流指令Ｕｉｒｅｆ，Ｖｉｒｅｆが電流制御回路
８に入力するとともに、電流制御回路８からは３相の電
圧指令がＰＷＭ回路９に出力して、モーター２はＰＷＭ
波形にしたがって駆動制御される。なお、速度検出回路
６からの速度出力は速度制御回路１０に入力し、速度指
令に追従するようにモーター２の速度をフィードバック
制御する。

【０００９】このような制御回路において、モーター電
流の自動位相補正方法の場合、トルク指令に基づいたコ
ンピューターからの正弦波信号出力によるＰＷＭ回路９
を介してのインバーター制御によってモーター２が回転
する。モーター２が回転すると、その回転子位置を検出
するエンコーダー３からのパルスカウントによって、モ
ーター２の磁極位置が検出されるとともに、磁極位置に
対応した正弦波信号がモーター２を制御するコンピュー
ターのメモリから読み出される。その結果、この正弦波
信号と速度制御回路１０の出力であるトルク指令信号Ｉ
ｒｅｆとが乗算されるとともに、各相電機子電流指令と
検出電流により電流制御回路８で演算された３相の電圧
指令がＰＷＭ回路９に入力し、ＰＷＭ回路９からの出力
によるインバーター制御によってモーター２のステータ
ー巻線にはモーター２の磁極と同相の電流を流すことが
できる。

【００１０】ここで、エンコーダー３からモーター２の
１回転ごとに磁極の切替点、図２のゼロ時点で原点信号
が発生するとともに、この磁極切替時点でモーター電流
の位相のずれ、図２のδが検出される。この位相のずれ
が検出された時点において、この位相のずれをゼロにす
る方向にコンピューターにメモリされた磁極位置に対応
した正弦波信号データーが補正されるとともに、これに
よってモーター２は原点信号発生の都度、界磁極位置と
モーター電流との位相差δゼロになるように自動位相補
正が行われる。

【００１１】その際、図３に示すように、ステップ１で
エンコーダー３からのカウント値が読み出されるととも
に、ステップ２で速度カウント値と処理時間を乗算して
補正値を算出した後、ステップ３でＺ相、すなわち、原
点位置か否かが判定される。Ｚ相でない場合、ステップ
４でカウンタ値＋補正値から読み出しアドレスが求めら
れるとともに、ステップ５で当該アドレスからのＵ相，
Ｖ相正弦波信号が読み出されて、モーター２は位相差δ
がゼロになるように補正された状態で駆動制御される。
Ｚ相だった場合、ステップ６でｉｕ＝０か否かが０の場
合、位相差δがゼロであることから前回の補正値のまま
モーター２はステップ４，ステップ５により制御され
る。まず、ステップ６でｉｕ＞０か否かが判定され、ｉ
ｕ＞０だった場合、電流が進んでいることからステップ
８で補正値が−１された状態でステップ４でカウンタ値
＋（前回の補正値−１）から読み出しアドレスが求めら
れるとともに、ステップ５で当該アドレスからのＵ相，
Ｖ相正弦波信号が読み出されて、モーター２は位相差δ
がゼロになるように補正された状態で駆動制御される。
次に、ステップ６でｉｕ＞０か否かが判定され、ｉｕ＞
０でなかった場合、電流が遅れていることからステップ
９で補正値が＋１され状態で、ステップ４でカウンタ値
＋（前回の補正値＋１）から読み出しアドレスが求めら
れるとともに、ステップ５で当該アドレスからのＵ相，
Ｖ相正弦波信号が読み出されて、モーター２は位相差δ
がゼロになるように補正された状態で駆動制御される。

【００１２】

【発明の効果】その結果、本発明では、モーター運転中
に生ずる電流と磁極との位相差の補正Σを簡単な回路で
構成でき、しかも、実際のモーター運転中にモーター電
流を検出しているので高精度の補正をすることができる
効果がある。

【００１３】要するに本発明によれば、３相交流を直流
に変換したのち、所要の周波数出力を発生するインバー
ターによって駆動される同期電動機と、同同期電動機に
連動して駆動されパルス列信号と同同期電動機の１回転
ごとの磁極切替点である原点信号とを出力するエンコー
ダーと、同エンコーダーの出力する上記信号をそれぞれ
入力し、カウント値としてこれを出力する磁極位相検出
回路，カウント値により速度算出を行う速度検出回路
と、同磁極位相検出回路の出力によりＲＯＭから読み出
された正弦波信号を出力する正弦波発生回路と、上記速
度検出回路の出力と速度指令信号Ｗｒｅｆによりトルク
指令信号を生成する速度制御回路と、同速度制御回路の
出力ｉｒｅｆと上記正弦波発生回路の出力するＵ相，Ｖ
相の正弦波磁極位置をそれぞれ乗算する乗算器と、電気
子電流指令Ｕｉｒｅｆ，Ｖｉｒｅｆをそれぞれ入力する
とともに、上記インバーターの出力するＵ相電流ｉｕ，
Ｖ相電流ｉｖをフィードバックし、３相電圧指令を生成
する電流制御回路と、同電流制御回路から３相の電圧指
令を入力し、インバーター駆動し上記同期電動機を駆動
するＰＷＭ回路とを具えたことにより、界磁極検出信号
とインバーター駆動信号との位相をオンラインで検出，
調整することができる構造簡単かつ高精度の経済的なモ
ーター電流の自動位相補正回路を得るから、本発明は産
業上極めて有益なものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す全体制御回路図であ
る。

【図２】図１における位相補正の原理を示す磁極波形及
びモーター巻線電流の波形図である。

【図３】図１における自動位相補正のフローチャートで
ある。

【図４】従来のモーターの電流の自動位相補正方法を示
す全体制御回路図である。

【図５】図４における位相補正の原理を示す磁極波形及
び固定子電流の波形図である。

【図６】図４における位相補正のフローチャートであ
る。

【符号の説明】

１ インバーター ２ モーター ３ エンコーダー ４ 磁極位置検出回路 ５ 正弦波発生回路 ６ 速度検出回路 ７ａ 乗算回路 ７ｂ 乗算回路 ８ 電流制御回路 ９ ＰＷＭ回路 １０ 速度制御回路

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ３相交流を直流に変換したのち、所要の
   周波数出力を発生するインバーターによって駆動される
   同期電動機と、同同期電動機に連動して駆動されパルス
   列信号と同同期電動機の１回転ごとの磁極切替点である
   原点信号とを出力するエンコーダーと、同エンコーダー
   の出力する上記信号をそれぞれ入力し、カウント値とし
   てこれを出力する磁極位相検出回路，カウント値により
   速度算出を行う速度検出回路と、同磁極位相検出回路の
   出力によりＲＯＭから読み出された正弦波信号を出力す
   る正弦波発生回路と、上記速度検出回路の出力と速度指
   令信号Ｗｒｅｆによりトルク指令信号を生成する速度制
   御回路と、同速度制御回路の出力ｉｒｅｆと上記正弦波
   発生回路の出力するＵ相，Ｖ相の正弦波磁極位置をそれ
   ぞれ乗算する乗算器と、電気子電流指令Ｕｉｒｅｆ，Ｖ
   ｉｒｅｆをそれぞれ入力するとともに、上記インバータ
   ーの出力するＵ相電流ｉｕ，Ｖ相電流ｉｖをフィードバ
   ックし、３相電圧指令を生成する電流制御回路と、同電
   流制御回路から３相の電圧指令を入力し、インバーター
   駆動し上記同期電動機を駆動するＰＷＭ回路とを具えた
   こと特徴とする同期電動機の自動位相補正回路。