JPS5921294A - 同期電動機の駆動装置 - Google Patents

同期電動機の駆動装置

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JPS5921294A
JPS5921294A JP57131603A JP13160382A JPS5921294A JP S5921294 A JPS5921294 A JP S5921294A JP 57131603 A JP57131603 A JP 57131603A JP 13160382 A JP13160382 A JP 13160382A JP S5921294 A JPS5921294 A JP S5921294A
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Keiji Sakamoto
坂本 啓二
Yukio Toyosawa
雪雄 豊沢
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P25/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details
    • H02P25/02Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of AC motor or by structural details characterised by the kind of motor
    • H02P25/022Synchronous motors
    • H02P25/024Synchronous motors controlled by supply frequency

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

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】 本発明は同期電動機をパルス幅変調方式によって駆動す
るための同期電動機の駆動装置に関し、特にインバータ
回路の短絡防止のために設けられたパルス幅変調回路の
不感帯による悪影響を防止しうる同期電動機の駆動装置
に関する。
゛同期電動機を交流で可変速制御する駆動装置には、一
般に正弦波電流指令をパルス幅変調してインバータ回路
を駆動してパルス幅変調された正弦波を同期電動機に与
える構成、即ちパルス幅変調駆動回路が用いられている
。このような構成では最終段のインバータ回路のみ必要
とする高電圧に耐えつる構成とすれば良く、回路構成も
簡単で比較的制御も容易である。。
このインバータ回路は3相交流駆動の場合には各相2つ
づつの計6つのトランジスタを持ち、各相のトランジス
タ同志はそのオン・オフ動作が逆になる様制御されるが
、この動作切替時各相の2つのトランジスタが同時にオ
ンとならない様、即ち直流電源の短絡が生じない様に、
トランジスタの駆動信号(パルス幅変調された信号)に
デッドタイムが設けられている。このデッドタイムは、
パルス幅変調回路に不感帯を設けることによって設定し
ているが、このようにパルス幅変調信号にデッドタイム
が設けられるため、パ)Cス幅変詞された正す3・、波
電流に歪みが生じ、励磁音が大きくなったり、トルクむ
らが生じたり、本来要求されるトルクが得られ4εいと
いう欠点があった。4?に、低速度の場合には、正弦波
電流指令が低周波となり、不感帯による影響(は無視で
きない程であった。
従って、本発明の目的1」:、簡単な構成で正弦波電流
指令における不感帯の影響を小とじつる同期電動機の駆
動装置を提供するにある。
以下、本発明を図面に従い詳細に説明する。
第1図は本発明(・て係る同期電動機の駆動装置を説明
するだめの回路ブロック図である。
図中、101は回転界磁形の同期電動機、102は同期
電動機のシャフトに連結されたレゾルバであり、同期電
動機の界磁極の位置を検出する。このレゾルバは第2図
に示すように回転子102aと、回転子巻線102bと
、互いに90’の位相をもって配役された2つの固定子
巻線102c、102dと、sinwotの搬送波を発
生ずる搬送波発生回路102eを有している。今、回転
子102aが角度αの位置にあるものとすれば、固定子
巻線102c、102dからそれぞれ次式に示す電圧が e a  = sin  α slu wot    
                   (11eb=
(gα5ill wot           (2)
出力される。即ち、第5図に示す様に、し・ゾルバ10
2から同期電動機101の界磁極の位置θに応じたサイ
ン波電圧’ea及びコーリ゛イン波電圧e bが出力さ
れる。103&よ同期整流回路であり、−り゛イン波電
圧ea、コサイン波電圧e 1.)をぞれぞれ同期整流
してmlnα9Mα(第5図)を出力する。104はタ
コジェネレータで、同期電動機101の回転速度に比例
した電圧値を有する実速度電圧TSAを出力する。
105け図示しない速度指令回路から指令された速度指
令電圧VCMI)と実速度電圧TSAの差(以後速度誤
差という)IIR,を演算する演算回路、106は速度
誤差1〕1tを増幅し7て電機子■t、流の振幅Isを
出力する誤差アンプ、107.1[]8は乗算回路で、
眼差アンプ出力と同期整流回路10.5の出力(2)α
、 sinαとを乗算し2相の電流指令11a (=I
 s as(nα) 、 i、b(=Is−μsα)を
それぞれ出力する。109は2相信号を6相に変換する
2相−6相変換回路で、第4図に示すような回路構成を
有しCいる。即ち、2相−3相変換回路は2−っのオペ
レーションアンプOA1.OA2と、1oKΩの抵抗1
も1〜1(1と、5.78にΩの抵抗R,と、 5にΩ
の抵抗R,を有している。さて、各抵抗1(□〜R,の
値を上記のように決定すると共に図示の如く結線すると
、端子Tu 、 +p v、 +pwからそれぞれが出
力される。そし2て、これらIu、↑V、Iwは互いに
2に/3の位相差を有(7、しかも誘導起電圧E。
と同相の6相電流指令となっている。
110tJ、1lOV、110Wは−ttt(’:h各
相毎に設けられた演算回路であり、指令電流Iu、Tv
、Iwと実際の相電流Iau 、 Iav 、 Iaw
の差を演算する演算回路、111はIavとIawの加
算を行なってU相の相電流Iauを出力する演算回路、
112V、112WはそれぞれV相及び−yr相の相電
流1av、Iawを検出する変流器、115U、113
V、113Wはそれぞれ各相毎に設けられ各相の電流差
を増幅する電M「、アンプ、114一パルス幅変l(・
υ回路、115にユパルス幅変調回路の出力信号により
制御′♂れるインバータ、116は6相交流電睡、11
7はコ相交流を直流に整流する公知の整流回路でダイオ
ード群11/8及びコンデンサ117bを有17ている
次に、同期電動機101がある速度で回It< してい
るときに速度指令が上昇した場合について第1図の動作
全説明する。
同期電121機ケ所望の回転速11J:Vcで回転ぜし
めろべく、演算回路105の訓話、※u、1子にJシ1
定のアナログ値を有する速度指令市、U−EVCへ4D
が入力される。一方、同期電動機101は実速度Va(
(Ve)で回転しているから、タコジェネレータ104
より実速度Vaに比例した実速度電圧TSAが出力され
、この実速度電圧TSAは演算回路の減算端子に入力さ
れる。
従って、演算回路は指令速度Vc と実速)IVaの差
である速度誤差ID J、Lを演算し、これを誤差アン
プ106に入力する。誤差アンプ106 k、J:次式
に示す比例積分演算を行なう。
尚、(4)式の演η、結果Is は電機子電流の振幅に
相当する。即ち、負荷が変動し、あるいは速度指令が変
化すると速度誤差ER(−Vc−Va)が大きくなり、
これに応じて電機子電流振幅Is  も太きくなる。I
s が大きくなればより大きなトルクが発生1〜、この
トルク(でよp電動機の実速度が指令速度にもどこらさ
れる。
! 一方、同期電動機101の界磁極の位f′f!、(角度
α)を示す2組のザイン波slr+α、コザイン波(9
)αがレゾルバ102及び同期整流回路105により錦
られている。
ついで2相−5相変換回路+09は(3)式に示す演算
を行ない3相の電流指令Iu、Iv、、[wをそれぞれ
出力する。尚、これらIu、Iv、Iwは同期電動機1
01の誘導起電圧no と同相の6相電流指令となって
いる。
しかる後、5相電流指令ju、lv、Iwは演算回路1
1oU、11oV、11oWにて実際の相電流1au、
Iav。
Iawと差分かとられ、ついでその差分である三相交流
信号iu、iv、iwは1江流アンプ1131J、11
3V 。
116Wにて増幅されてパルス幅変調回R% 114に
入力される。
パルス幅変調回路114でに14、後述する様に鋸歯状
波信号STSと三相交流信+3′iu、iv、i〜Vの
振幅を比較し、パルス幅変調された三相のTIL流指令
紮インバータ115を11′4成する各パワートランジ
スタQ1〜Q、Iのベースに入カレ、これら各パワート
ランジスタQ1〜Q6をオン/オフ制σ11シ、同Jす
J ’l!Ii’、ルLl炭+oiに三相電流を供給す
る。
以後、同様な制御が行われて最終的に同期1h゛、動機
101は指令速度で回転することに7χる。
さて、係る構成におい一℃、従来のパルス幅変調回路1
14は、第5図に示すように1次遅れ糸のフィルタI”
U 、 FV 、 FWと、鋸歯状波信号STSを発生
する鋸歯状波発生回路S T S Gと比較器COへ旬
、 COMv 。
COMWと、ドライバI)Vl−J)V、(i=有し、
インバータ115は6個のパワートランジスタQ1〜Q
6とダイオードp1〜D、を有している。第6図、第7
図、第8図の各部波形図を参照して、動作を説明すると
、パルス幅変調回路114の各比較器COMu 、 C
OMv 。
C0Mwはそれぞれ鋸歯状波信号STSと三相交流信号
iu、iv、iwの振幅を比較しiu、iv、iwがS
TSの値より大きいときには”1″を、小さいときには
ζ″を出力する。従って、今、iuについて着目すると
比較器COMuから第6図に示すパルス幅変調された電
流指令iuc、iucが出力される。即ち、1u。
iv 、 Iwの振幅に応じてパルス幅変調された三相
の電流指令1uc(U)、1vc(V)、 iwc% 
 及びその反転信−号U、V、Wが出力される。この三
相′屯流指令信−号U。
■、Wとその反転信号U、V、Wは各々のドライバIJ
V、〜DV6を介し、インバータ′g動信号としてイン
バータ115へ入力される。三相電流指令U、V。
W−各々インバータ115のパワートランジスタQ1゜
Q# 、 Q、のベースに、反転信号U、V、Wは各々
インバータ115のパワートランジスタQ、、Q、、Q
、のベースに与えられ、各パワートランジスタQ1〜Q
をオン/オフ制御し、同期電動機1・01に三相電流を
供給することになる。ここで、比較回路COMu 。
COMV 、 C0MwはそれぞれU相とUa、V相と
V相。
W相とW相の指令イ「号が同時にオンしない様に、信号
にデッドタイムDを設けるため、第7図(a)の如く不
感帯l特性を有している。このことは817図(b)の
如く鋸歯状波信号STSの比較回路に不感帯の値で示さ
れる振幅S’、 、−8,のバンドtiノを持たせたこ
とになる。即ち、第7図(1))に示す如く、振幅S1
゜−S、を閾値として、第7図(C) 、 (cl)に
示す様fr、 (パルス幅変調された)出力を発生する
。このため、各三相111流111令信号U 、 V 
、 Wとその反転信号U 。
■、Wは第6図に示す様に正規の正転、反転信号の関係
と外なり、斜線部分で示す部分だけ削除をれたパルス波
信号となる。従って、第6図のtJ Vで示す、同期電
動機におけるU相−■相間の電流も斜線部分だけ削除さ
れた形になり、本来の斜線部分のない波形に比し、波r
l〕が減少する。従−って、1[を動機に流れる電流波
形も、正弦波とならず、第8図の実線で示したように1
よる。第7図(1))の動作原理から明らかな様に、こ
のデッドタイムDによる不感帯の影響は三相交流(N号
iu、Iv、iw  の傾きが小さい程、即ち低周波信
号である程、大きくなり、即ち低速度である程トルクむ
らが生じることになる。このデッドタイi−,l)を零
とすることは、デッドタイムを設けた趣旨に反するので
、本発明では、このデッドタイムの影響を最小とする様
考慮されている。
即ち、本発明では第5図の如く電圧フィードバックルー
プが設けられ、フィードバックループには、インバータ
回路115に人力されるパルス幅変調さitだ電流指令
から各相間の電圧を検出する相電圧検出回路118と、
相電圧を相電流に変換するだめ各相に対応して設けられ
た電圧−電流変換回路119U、11EV、119Wト
、N fE −゛IK流変換回路119U、119V、
119Wの出力を三相交流信号1u、iv。
1wから差し引< 演算回u 120U、 12oo、
 12oWヲ備える。相電圧検出回路118は、電流方
向判別回路118aと、U、V、W各相ノミ圧発生回路
118U。
118V、118Wとから成る。電流方向判別回路11
8aのU相関連部位とU相電圧発生回路118Uは第9
図に示す様構成されている。電流方向判別回路・セ 118aは、各電流指令SQI〜sQsを反転するノツ
回路N0T1〜NO’J:’6と、エネルギー供給時の
電流方向を判別するアントゲ−) ANJ)1〜ANi
)4と、回/−1三u:fの電流方向を判別するアント
ゲ−) A−Nl)5〜AND8とからなる。アンドゲ
ートA、NJ)1は電流指令sQ+とSQ<の条件をと
っており、第10図を参照すると、第10図(a’)の
エネルギー供給時におけるl・ランジスタQl lQ4
  をオンにしたU −+ VへのiTc It供給ル
ートE1 を検出する。同様に、アンドゲートANI)
2.、A、ND5 、AND4はそれぞれ’ra Di
L供給ル−1−JF’i2゜E5,114の場合に相当
する。又、アントゲ−1−ANJBは電流指令sQiと
s Q4との条件をとっており、第10図(1))のエ
ネルギー回生時のV−+tJの回生ル−ト几1を検出す
る。これと同様に、アンドゲートAND、lS 、AN
D7 、AND8はそれぞれ回生ルート1モ4會検出す
ることになる。従って、アンドゲートANI)1〜AN
D8からは第10図(a’)のエネルユψ−イ」(給時
の4つのルート及び第10図(b)の回生時の4つのル
ートのいずれかを検出する出力を発することになる。尚
、電流方向判別,回路118aには、各々V相,W相に
応じて同様のゲート群が設けられているが説明は省略す
る。一方、U相電圧発生回路118Uは、トランジスタ
Q1に流れるIW流を検出する電流検出回路1)Cと、
電流検出回路DCの出力からトランジスタQ1に電流が
流れたことを判別する判別回路,J Cとを有しており
、判別回路JCはトランジスタQ1 に電流が流れた時
、即ち、第10図(a)のルート」す1,■弓2、第1
0図(1))のルート1も1。
1モ4の場合、11 1 ++出力を発生する。更に、
アンドゲートAN1〜AN8,オアゲート01t1〜O
f(、4,アンプAMP,抵抗1(1〜R6  k有し
ている。アンドゲートANI 、AN2 、AN5 、
A.N6はトランジスタQi K電流が流れた時のみ開
き、逆にアンドゲートMも,AN4。
AN7 AN8はトランジスタQ1に電流が流れ1.C
い時のみ開くという関係となる。これは、例えば供給ル
ー)Elの場合、アンドゲートAND1から出力が出る
が,更に、アントゲ−) AND7 、AND8からも
出力が出るため、アントゲ−) ANI)7 、AND
8の出力を後段に伝えず、正確ン!検出出力を発するた
めである。オアゲートOR1,O几2は各々アンドゲー
トANIとAN2,AN7とAN8の出力を抵抗1い。
1と2 を介しアンプAMPの一側人力11r−力えイ
)1,即ち・供給ルートJし1,1う2,回生ルーt−
 H.2 、 H.)  の如くU相似から電流が?I
fi出する場合である,、逆にオアゲートoiも3,0
几4(l′J.各々アントゲ−1・A.N5とA.N4
AN5とA−N.5の出□力を抵抗1も5.1も4′f
:介しアンプA M−Pの+(fi11人力に与える。
即し、供給ルート1帖,J・)4、回生ルートit,1
 、Jt,4の如くtノ相に市bILが流れ込む場合で
ある。アンプA.M.P &よ入力さiする各ゲート出
力をアナログ信号に平滑化するフィルタの役l]を果す
ものである。
従って、第9図構成の回路で(クシ、パルス幅変〜ηさ
れた電流指令SQ+〜SQ6から電流方向判別+p+路
118aが電流ルー)・が前述の8ルートのいずJしか
に応じて出力を発し、これらはトランジスタQ1に流れ
る電流の有無によってアントゲ−1−A.N1〜AN8
から正確な検出出力が発せられ、アンプAMPで平滑化
される。アンプAMPに人力さiするゲート出力信号は
元々パルス幅変調さノ]2でいるので、アナログのU相
゛屯圧として出力されることに7遺る。
再び第5図に戻って、電圧フィードバックルーズの動作
を説明すると1、パルス幅変調回路114の出力である
パルス幅変調された電流指令sQt〜sQeを受け、電
流方向判別回路118a75H11流方向を判別する。
判別された電流方向出力から相電圧発生回路118U、
118V’、118WId相電圧ヲ出力する。
この相電圧は電圧電流変換回路119U、119V。
119W テ相電K K 変換サレ、演n回路12oU
、12oV。
120Wで三相交流イサ号iu、iw、ivとの差分が
とられ、演N[iT[5120U、120V、120W
)各出力カ三相交流信号としてパルス幅変調回路114
に入力されることになる。即ち、三相交流信号は電圧フ
ィードバックで補償されることになる。インバータ回路
の出力が大きい程、電圧フィードバック量大となるから
、電圧フィードバックは電流ループのゲインを変化して
いることになる。
電圧フィードバックは三相交流信号iu、iv、Iwが
小な程ゲインを高め、三相交流信号1u、iv、iwが
大な程ゲインを低める機作用する。このため、電圧フィ
ードバックによってゲインが下がった分だけ′■電流ル
ープゲインを上げてやることにより、安定イつユを損な
わずにデッドタイム1)による不ハー&帯の影響を小さ
くすることができる。
即ち、実効的な不感帯は第7図(a)の如く、従来の電
圧フィードバックループを設けない特性aに比し、lP
t性すの様に小さくなることであり、又三相交流信号と
してみると、2137図(IJ)の如く、三相交流イ4
号iuをiuの様に傾きを犬と[7ていることに相肖す
る。このため、第8図に示す電流波形の不感帯部分が減
少し、↑(L流液形が正弦波に近くなり、1時にトルク
むらが減少する。
以上説明した様に、本発明によれば、1[、i yl’
、ノイードバックループとパルス幅変調回路とをINえ
る同期電ItIJ機の駆動装置に給いて、パルス幅変n
L’1回路の出力から電圧を検出する宙、圧検出回路と
、検出電圧による電流ど電流フィードバックループで補
正された電流41コ令との差を発生する回路を設けてい
るので、安定性を損なわずに電流ループゲインを犬きく
することができ、パルス巾変調回路の不感帯によって生
じる電流波形の正弦波形からの歪みを小さくすることが
出来るため、特に低周波の電流指令時にトルクむらが発
生せず、又うねり等の励磁音も減少し、同期電動機を安
定に駆動することが可能となり、実用上極めて有用であ
る。
更にパルス幅変調回路の出力から電圧フィードバックの
電圧検出が可能となるので、電圧検出のだめの回路構成
が簡単となり、安価7)二嫂造か可能と/よるという効
果も生じる。
尚、本発明を一実施例により説明したか、本発明はこの
実施例に限られず、本発明の主旨の範囲内で種々の変形
が可能であり、本発明の範囲からこれらを排除するもの
ではない。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明に係る、駆動装置一実施例プロツク図、
第2図は第1図におけるレゾル/(102の構成図、第
6図は第2図レゾルバ102の動作説明図、第4図は第
1図における2相−3相変換回路109のブロック図、
第5図は第1図の要部ブロック図、第6図は第5図ブロ
ック図の各部信号波形図、第7図は第5図の動作説明図
、第8図は第6図によ図中、101・・・同期電動機、
102・・・レゾルバ、109・・・2相−6相変換回
路、110U、+10V、110W ・・・演算回路、
114・・・パルス幅変調回路、115・ インバータ
回路、11 B −AfJ ML 圧検出1’J M、
+ 19U、119V。 119W ・・・M圧−−(lK変換回に’3.120
[J、120V。 120W・・・演算回路。 特許出願人 ファナック株式会社

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 同期電動機に与えられる電流を検出する電流検出回路と
    、電流指令と該検出電流との差を出力する差出力回路と
    、該差を示す信号をパルス幅変調する回路と、該パルス
    幅変調回路の出力によって駆動されるインバータ回路と
    を含み、該インバータ、回路の出力によって同期電動機
    を駆動する装置において、該パルス幅変調回路の出力か
    ら電圧を検出する電圧検出回路と、該差出力回路の出力
    と該検出電圧の出力との差分を発生する回路とを設け、
    該発生回路の出力を該パルス幅変調回路へ与えることを
    特徴とする同期電動機の駆動装置。
JP57131603A 1982-07-28 1982-07-28 同期電動機の駆動装置 Granted JPS5921294A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1985004993A1 (fr) * 1984-04-16 1985-11-07 Fanuc Ltd Procede de commande de modulation d'impulsions en largeur pour un moteur synchrone a aimant permanent et dispositif relatif
JPS63297032A (ja) * 1987-05-29 1988-12-05 Sekisui Koki Seisakusho:Kk 発泡合成樹脂成形品の取扱方法

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