JPS607916B2 - 直流電動機の駆動回路 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、速度制御ループと電流制御ループを備えた界
磁制御形直流電動機の駆動回路に関する。

第１図は、速度制御ループと電流制御ループを備えた直
流電動機の制御回路の一部を示すブロック図であり、図
中１は速度指令信号Ｖｃｗｏと速度計発電機からの実速
度信号ＴＡＣＨを比較してそれらの差分を取り出す比較
器、２は比較器１からの出力を増幅する速度制御増幅器
、３はリミッタで、速度制御増幅器２の出力電圧を制限
して、電機子電流を許容値以下に制御するものである。

４は速度制御増幅器２から出力される電流基準と帰還さ
れる電機子電流値ＩＭとを比較してそれらの差分を取り
出す比較器、５は比例積分回路からなる電流制御増幅器
で、電流基準と電機子電流値ＩＭとの差分を比例積分し
てサィリスタの点弧角の制御をする誤差電圧を発生する
。６は絶対値回路、７は方向信号回路で、速度制御増幅
器２の出力から、その正、負の電圧に応じてサィリスタ
の点弧方向を変える信号を出力する。

上述の如き従来の回路は、方向信号回路７の入力信号を
電流制御ループの外である速度制御増幅器２の出力から
得ているため、速度の急変など電流がオーバーシュート
した場合、電流指令は正であるにもかかわらず、電流と
電流帰還の誤差が反転した時点で正帰還となり、電機子
に過大な電流が流れることがある。

このため、正帰還防止用の回路を設けなければならない
。また、方向信号を前述の如く速度制御増幅器２の出力
から得ているため、速度帰還電圧にうねりがあると、方
向信号が絶えず切替わるという不都合がある。

このほか、従来の回路は、外来ノイズに対して無防備で
あるなどの欠点があった。

本発明の目的は、電流指令、電流帰還が急変した場合、
防止回路を設けることなく、電流指令、電流帰還の急変
に対して正帰還が発生しないような制御ループを持った
直流電動機の駆動回路を得ることにあり、さらに加えて
、外釆ノイズに強く、ゲートブロック解除後に過大な電
機子電流を流さないため「電流ループの誤差電圧を、ゲ
ートフロツク解除後徐々に増加せしめるような駆動回路
を得ることにある。

本発明の目的を達成せしめるため、本発明は、直流電動
機を駆動するサイリスタ変換回路と該サィリスタ変換回
路の点弧角を制御する速度制御ループと電流制御ループ
とを有する駆動回路において、速度制御ループより得ら
れる偏差信号を、ローパスフィルタ回路を介して電流制
御ループの電流基準信号として印加する手段を設けると
ともに、前記サィリス夕変換回路を切り替える時これら
を構成するスイッチング素子のゲート信号を遮断するゲ
−トプロツク期間中、ローパスフィルタ回路出力を、運
転時直流電動機が暴走しない程度の所定値にクランプせ
しめるクランプ回路を設け、かつ前記電流制御ループの
偏差信号の極性から直流電動機を制御する直逆２つのサ
ィリスタ変換回路の動作位置を決定する方向信号を得る
回路を設けたことを特徴とする直流電動機の駆動回路を
提供する。

次に、本発明の一実施例を詳細に説明する。

第２図は、本発明に係る駆動回路のブロック図第３図は
、第２図に示したブロック図より詳細に示した本発明に
係る駆動回路のブロック図で、一部を回路図にて示した
ものである。図中、８はフィルタ回路、９はクランプ回
路、１０は電機子電流を検出する電流検出器、１１は電
流検出回路である。なお、第２図及び第３図において、
従来回路と同一部分には同一符号を付し、それらの説明
は省略する。本発明に係る駆動回路において、第１の特
徴的な部分は、方向信号回路７の入力信号を電流制御増
幅器５の出力端すなわち電流制御ループの偏差値から取
り出したことである。

このような構成により速度の急激な変化など、電流がオ
ーバーシュートした場合であっても、比較部４の偏差は
このような電流の急変に追従するため、電流制御ループ
が正帰還回路として働くようなことはない。このように
、本発明の駆動回路は、電流の乱れがあっても電流制御
ループが正帰還になることはない。そして機械負荷のア
ンバランスなどの速度変動による電流の乱れが少ないな
ど、系の安定化が計れる。第２の特徴的な部分は、フィ
ルタ回路８及びクランプ回路９を設けたことである。

第２図及び第３図に示すように、速度制御増幅器２の出
力側に設けたフィル夕は、ローパスフィルタである。サ
ィリス夕回路においては、サンプリング周期（例えば６
相制御の５０日２地域では３．３ｈｓ）以内では、サィ
リスタが一たん点弧してしまえば、電流指令が大きく変
化しても無制御状態である。つまり、電流指令が乱れて
も、電流制御ループで応答できる指令にする必要がある
。このため、電流制御系のサンプリング周期のムダ時間
に対して、十分平滑された出力を得るものである。なお
、サンプリング周期に対してフィルタ回路の時定数は３
倍程度であれば十分である。フィルタ回路８にはＦＥＴ
からなるクランプ回路９が設けられているが、これは方
向切替時すなわちコンバータ領域からィンバー夕領域に
移行するとき、ィンバータ領域の最初の立上りの過電流
を防止する目的で、ゲートしや断期間にＦＥＴをオンせ
しめ、速度制御増幅器２の出力電圧をバイパスする。こ
の際、ＦＥＴと速度制御増幅器２の出力との間に、互い
に逆方向に接続されたクランプ用の２個のダイオードＤ
，とＤ２が挿入されているため、ＦＥＴがオンして出力
電圧をバィパスしてもその出力電圧はダイオードの順方
向電圧、十Ｅｄあるいは−Ｅｄの低い値に保たれ、電流
指令に対する方向性は失なわない。クランプ回路９の存
在により、ゲートブロックを解除したとき、小さな誤差
電圧から立上り、電流指令のソフト・スタートが達成で
きる。

そしてゲートブロック解除後、最初に大電流が流れるの
を防止するため、このあとに必ず積分回路を挿入する必
要がある。第３の特徴的な部分は、電流制御増幅器５の
中にフェーズリミッタ回路５１及び５２を設けたことで
ある。

これは、前記クランプ回路９の動作と相まって、位相い
まり信号がオンしたとき、該信号によりフェーズリミツ
タ回路５１及び５２がオンされ、比例積分回路のコンデ
ンサＣ２に蓄積された電荷が放電されて電流制御増幅器
５の入力は零となり、また、絶対値回路６の入力も零に
クランプされる。これにより、位相いまり時、誤差電圧
を零にすることができる。なお、電流制御増幅器５内の
コンデンサＣ２と抵抗Ｒ３の時定数が小さい場合は、フ
ェーズリミツタ回路５２を省略することができる。

次に、本発明の動作を第４図に示す各部の波形図を用い
て説明する。

第４図ａに示すように、時間ｔ，に至るまでの間、比較
器１の一方の入力端に速度指令電圧ＶｃＭ。

が加えられ、他方の入力端に速度計発電機からの美速度
信号ＴＡＣＨが加えられ、比較器１で両信号が比較され
、その差分に応じて速度制御閉ループ及び電機子電流制
御閉ループが作用して、直流電動機は指令速度Ｓ，に近
い速度にて回転している。なお、このときの回転状態を
正回転とすると、方向信号回路７の出力〔第４図ｉ〕は
、『正』であり、この信号により正回転用のサィリスタ
変換回路が動作する。

時聞けこおいて、直流電動機の回転速度を小さくするた
め、速度指令信号ＶｃＭｏがＳ，からＳ２に変更される
と、第４図ｂに示すように、速度制御増幅器２の出力は
反転する。

この出力の反転により第４図ｃに示す如く、位相いまり
信号が発せられ、フェーズリミツタ回路５１及び５２が
オンとなるため、絶対値回路６の入力が零となり、絶対
値回路６の出力電圧すなわち誤差信号ごｙは第４図ｉに
示す如く零となる。したがって、順方向に接続されてい
る第１のサィリスタ変換回路に加えられている点弧位相
はｙ側リミットまでシフトして電機子爵流を零にいまる
。電機子電流が零あるいはそれに近い値になってから所
定時間経過し、第４図ｅに示す如く、電流検出回路１
１の出力が零になった時惜別２で第４図ｇに示すように
ゲートブロック信号が発せられ、クランプ回路９のＦＥ
Ｔがオンとなるため、比較器４の出力は、第４図ｄの如
く、ダイオードの順方向電圧Ｅｄにクランプされるとと
もに、今まで順変換動作していた前記第１のサィリスタ
変換回路にゲートブロックが掛けられて動作が休止し、
デッドタイムが始まる。

時間りこ至り、デッドタイムが過ぎると、第４図ｇに示
す如く、ゲートブロックが解けて、クランプ回路９のＦ
ＥＴがオフとなるため、フィルタ回路８の出力電圧は、
該フィル夕の作用によりゆっくり上昇する。

このため比較器４の出力も、ゆっくりマイナス方向に立
下がり、この信号は電流制御増幅器５で増幅される（第
４図ｆ）。一方、時間ら‘こおいてゲートブロックが解
除されるとともに、第４図ｃの如く、位相いまりも解除
されるため、フェーズリミツタ回路５１及び５２もオフ
となる。したがって、絶対値回路６から誤差信号が発せ
られ、第２図及び第３図には示されていないが、絶対値
回路６の後段に設けられた位相制御回路に加えられ、サ
ィリスタ点弧用のゲートパルスが出力される。なお、時
間ｔ，においてアンプＩＣＩの出力極性は、正の値に切
り変り、方向信号回路７の出力は、第４図ｉに示す如く
、制御方向『負』となるので、図には示されていないが
、２つのサイリスタ変換回路の動作位置が切り変って、
第２のサィリスタ変換回路はスタンバイ状態となる。

一方、時聞けこおいて、ゲートブロックが解除されると
同時に第２のサィリスタ変換回路が動作状態に切換えら
れるため、ゲートパルスは該第２のサィリスタ変換回路
に加えられ、このサィリスタ変換回路は逆変換動作を行
なって、直流電動機に回生制動を掛ける。

この制動動作により、直流電動機の回転速度は低下して
実速度は指令速度に迫る。そして、この間電機子を流れ
る回生電流（第４図ｅ参照）もフィルタ回路８の出力端
から出力される電流指令信号（第４図ｄ）に追従して零
方向にいまられる。時間りこ至り、電流指令信号と電流
検出回路１１からの電流帰還信号が逆転したところで、
電流制御増幅器５内のアンプＩＣＩの出力は第４図ｆに
示す如く零しベルをクロスするので、方向信号は第４図
ｉの如く正方向信号に戻るとともに、位相いまり信号（
第４図ｃ）が出力され、フェーズリミッタ回路５１及び
５２がオンとなる。

このため絶対値回路６の入力が零となり、絶対値回路６
の出力電圧すなわち誤差信号ごｙは第４図ｉの如く零と
なる。このため、回生電流を電源側に流していた第２の
サィリスタ変換回路に加えられている点弧位相はｙ側リ
ミットまでシフトして電機子を流れる残流を零にいまる
。電機子電流が雲あるいはそれに近い所定値になってか
ら所定時間経過して時間ｔ５に至ると、第４図ｇに示す
ようにゲートブロックが掛けられ、クランプ回路９のＦ
ＥＴがオンとなるため、比較器４の出力は、第４図ｄに
示す如く、ダイオードの順方向電圧虫ｄにクランプされ
るとともに、第２のサィリスタ変換回路にゲートブロッ
クが掛けられ、その動作は休止し、デッドタイムが始ま
る。

時間ｋ‘こ至りデットタイムが過ぎると、第４図ｇに示
す如く、ゲートブロックが解けて、クランプ回路９のＦ
ＥＴがオフとなるため、フィルタ回路８の出力電圧は、
該フィル夕の作用によりゆっくり上昇する。このため比
較器４の出力もプラス方向にゆっくり立上るため、電流
制御増幅器５内のアンプＩＣＩの出力も第４図ｆに示す
如くゆっくり立下る。一方、時間ｋ‘こおいてゲートブ
ロックが解除されるとともに、第４図ｃに示す如く、位
相いまりも解除されるため、フェーズリミツタ回路５１
及び５２もオフとなる。

したがって、絶対値回路６から第４図ｉに示す如く誤差
信号どｙが発せられる。そして、休止中の第１のサィリ
スタ変換回路が動作状態となり、前記誤差信号ごｙにも
とすいて点弧パルスぎ加えられるため、電動機に電圧を
供給しこれを正方向にしかも指令速度になるように回転
させる。なお、時間らの後、電流制御増幅器５からの出
力信号は、フィルタ回路８とクランプ回路９の作用でゆ
っくり立上るため、再び第１のサィリスタ変換回路が動
作する初期のタイミングで、電動機に大電流を流す指令
信号が発せられるおそれはなし、。

以上詳細に説明したように、本発明は、方向信号を電流
制御ループ内より得ているため、速度の急変など電流が
オーバーシュートした場合でも従来装置のように、電流
制御ループに正帰還がかかるようなことは皆無になった
。

このため、正帰還防止用の回路を設けることもなくコス
ト的にも有利になるばかりか、直流電動機を損傷するこ
ともない。また、電流制御ループに入力する電流基準信
号は、ローバスフィル夕回路を介しているため、急峻な
立上り信号は電流制御に支障をきたさない程度になめら
かにされ、しかもゲートブロック期間中電流基準信号は
方向性を見失うことがない程度の低い値にブロックされ
るため、コンバータ領域からィンバータ領域にサィリス
タ変換回路が切替えられる当初、あるいはィンバータ領
域からコンバータ領域にサイリスタ変換回路が切替えら
れる当初に電機子電流を小さく抑えることができる。と
くに後者の場合に電機子電流を４・さく抑えられること
は特筆すべきことである。これに加えて、高速にて速度
帰還電圧にうねりが生じた場合、誤差電圧レベルも高く
されており、またローパスフィルタ回路にてうねりがな
まされるため、電流の方向が変るようなことは生じない
。

またローパスフイルタ回路が挿入されていれば、周期の
早いノイズ分もある程度ブロックされ、誤動作を防ぐこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来装置のブロック図、第２図は本発明の一実
施例を示すブロック図、第３図は同じく本発明の一実施
例の回路図を交えたブロック図、第４図ａ乃至ｊは本発
明に係る装置の各部の波形を示す波形図である。 図中、１は比較器、２は速度制御増幅器、３はリミッタ
、４は比較器、５は電流制御増幅器、５１及び５２はフ
ェーズリミッタ回路、６は絶対値回路、７は方向信号回
路、８はフィルタ回路、９はクランプ回路、１０は電流
検出器、１１は電流検出回路である。 多′図 多２図 多３図 鏡４図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ 直流電動機を駆動するサイリスタ変換回路と該サイ
   リスタ変換回路の点弧角を制御する速度制御ループと電
   流制御ループとを有する駆動回路において、速度制御ル
   ープより得られる偏差信号を、ローパスフイルタ回路を
   介して電流制御ループの電流基準信号として印加する手
   段を設けるとともに、前記サイリスタ変換回路を切り替
   える時これらを構成するスイツチング素子のゲート信号
   を遮断するゲートブロツク期間中、ローパスフイルタ回
   路出力を、運転時直流電動機が暴走しない程度の所定値
   にクランプせしめるクランプ回路を設け、かつ前記電流
   制御ループの偏差信号の極性から直流電動機を制御する
   正逆２つのサイリスタ変換回路の動作位置を決定する方
   向信号を得る回路を設けたことを特徴とする直流電動機
   の駆動回路。