JPS6181197A - 誘導電動機の制御回路 - Google Patents

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】 「産業上の利用分野」 本発明は可変電圧可変周波数の交流電力を誘導電動機に
供給して駆動させる誘導電動機の制御回路に関し、特に
誘導電動機の出力トルク特性を改良した誘導電動機の制
御回路に関する。

「従来の技術」 一般に誘導電動機をその等価回路をもってその出力トル
クを説明すると、その等価回路は第４図の如く二次側イ
ンピーダンスｚ２と励磁アドミッタンスＹＯとを並列接
続しこの並列回路の両端点Ａ、Ｂ間に一次側インピーダ
ンスＺ１を介して入力電圧Ｖが印加される回路に置き換
えられ、電源周波数をｆとし、点Ａ、Ｂ間に印加される
電圧をＥとすると、その出力トルクＴは、 Ｔ鴛（Ｅ／ｆ）” で示される。従って、誘導電動機を可変電圧可変周波数
の交流電力にて駆動し可変速運転させる場合には（Ｅ／
　ｆ　）の値を略一定として行う必要があるが、この（
Ｅ／　ｆ　）の値を一定にしつつ入力電圧Ｖを供給する
ためには−次側インピーダンスＺｌによる電圧降下分を
加味して行わなくてはならず、特に低い周波数での駆動
に際しては一次側インピーダンスＺ１の抵抗Ｒ１による
電圧降下分が他の降下分に比し大きな割合を占めるため
、低い周波数での駆動では入力電圧■を予め高く疫定し
ていた。

「発明が解決しようとする問題点」 而しながら、予め固定的に抵抗Ｒ１による電圧降下分を
補正した場合、電動機の負荷の変化或いは電動機の変更
の時には、−次側インピーダンスＺ１に流れる電流が変
化してその電圧降下分も変化し、電動機が過励磁状態や
全く逆の粗励磁状態となり、もって電動機の磁気騒音の
増大、電動機の過熱或いはトルク不足等不都合な現象が
発生していた。しかも、誘導電動機の出力トルクＴと回
−転速度Ｆｒとの関係は、第３図の特性図の点線で示す
如く電源周波数ｆが大きい場合、即ち誘導電動機の電源
同期速度Ｆが大きい値Ｆ１の場合には所定のトルクＴ１
を得るのに回転速度Ｆｒは電源同期速度Ｆの値Ｆ１より
やや小さな低下の値Ｆｒｌにて得るのに対し、電源周波
数ｆが小さい場合、即ち誘導電動機の電源同期速度Ｆが
小さい値Ｆ２の場合には所定のトルクＴＩを得るのに回
転速度Ｆｒは電源同期速度Ｆの値Ｆ２より大きく低下し
た値Ｆｒｌにて得るものであり、両者におけるすべりＳ
は大きく異なり電動機の回転数制御が十分に出来ていな
かった。従って、誘導電動機の回転数により入力電圧■
を調整してすべりＳの補償をする必要があった。尚、す
べりＳは一般に（（Ｆ−Ｆｒ）／Ｆ）にて示される。

「問題を解決するための手段」 本発明は可変電圧可変周波数の交流電力を誘導電動機に
供給して駆動させる誘導電動機の制御回路に、誘導電動
機に供給する線電流を検出する電近傍での位相ずれを基
準として有負荷状態での位相ずれに対応して前記インバ
ータ回路の出力電圧を可変する出力電圧制御回路とを設
けたものである。

「作用」 上述の構成により、誘導電動機の負荷の変化或いは誘導
電動機の変更等に対し、誘導電動機が過励磁状態や全く
逆の粗励磁状態となることを少なくし誘導電動機を効率
よく駆動すると共に可変周波数に対してすべりの補償を
し電動機の回転数制御を十分に行なえるものであ゛る。

・ 「実施例」 以下本発明を一実施例として掲げた図面に基づいて説明
する。一般に誘導電動機の制御の方法には、電流形のも
のと電圧形のものとに区分され、さらに電圧形のなかで
もパルス振幅制御（ＰＡＭ制御）とパルス中制御（ＰＷ
Ｍ制御）とに区分され、而もパルス中制御（ＰＷＭ制御
）のなかでも不等パルス中制御と等パルス巾制御とに区
分されるが、一実施例として掲げるものは上記の電圧形
−パルス巾制御（ＰＷＭ制御）−不等パルス巾制御のも
のである。而して第１図は回路ブロック図を示し、１は
３相交流電源、２はダイオードブリッジ３−により構成
されたコンバータ回路であって、交流電源１の交流電圧
を整流して脈流を出力する。４はコンバータ回路２の出
力に接続した平滑コンデンサで、コンバータ回路２の出
力電圧である脈流を平滑し、直流電圧とする。５はトラ
ンジスタ６・−からなるインバータ回路であって、トラ
ンジスタ６−を一対直列接続してアームと成しこのアー
ムを３組並列接続して構成し、平滑コンデンサ３の出力
電圧を各アームに入力し各アームのトランジスタ６・−
を夫々　１２０度の位相をずらしてスイッチング動作さ
せて不等パルス巾の電圧でなる３相交流電源を発生させ
る。７はインバータ回路５から出力される３相交流電圧
にて駆動される誘導電動機である。而して上述のインバ
ータ回路５はコントロール回路８によりそのスイッチン
グ動作が制御され出力される３相交流電圧を可変電圧可
変周波数とし誘導電動機７を可変速運転させる。９は誘
導電動機７に供給される一相の線電流を検出する電流検
知器であり、−相に流れる電流に対応した波形を出力を
する。

次に、上述したコントロール回路６を説明すると、１０
は周波数を可変設定する設定回路１０であり、連続的に
可変自在とした直流電圧を設定信号（ａ）として出力す
るものである。１１はサイン波パルス列発生回路であり
、設定回路１０の設定信号（ａ）を入力しこの設定信号
（ａ）の電圧の大きさに比例して出力信号の周波数が変
化する不等パルス中の信号（ｂ）を出力する。１２は電
流サンプリングタイム発生回路であり、サイン波パルス
列発生回路１１の出力信号（ｂ）を入力してこの信号（
ｂ）に同期して電流サンプリングタイム信号（Ｃ）を発
生する。尚、実施例では誘導電動機７が無負荷状態での
電流波形で零の位置、即ち電流がゼロクロスの時に、極
めて短い時間のパルス信号を出ゲタイム発生回路１２の
サンプリング信号（ｃ）及び電流検知器９の検出信号（
ｄ）を入力しサンプリング信号（Ｃ）の入力時に電流検
知器９の検出信号（ｄ）の値を検出して次の検出時まで
その値を保持し信号（ｅ）を出力する。１４はリミッタ
回路であり、電流量検出回路１３の出力信号（ｅ）を入
力しこの信号（ｅ）が所定値以上にならないように制限
して信号（ｆ）を出力する。１５は出力電圧制御回路で
あり、サイン波パルス列発生回路１１の出力信号（ｂ）
及びリミッタ回路１４の出力信号（、ｆ）を入力し、サ
イン波パルス列発生回路１１の出力信号（ｂ）にリミッ
タ回路１４の出力信号（ｆ）に対応した電圧骨を加味し
てパルス巾を可変し、出力電圧を調整した不等パルス巾
の信号（ｇ）を出力する。１６はトランジスタベースド
ライブ回路であり、この出力電圧制御回路１５の出力信
号（ｇ）を入力しインバータ回路５のトランジスタ６・
−・を夫々制御する。

尚、第２図は上述の回路ブロック図に於ける各部の信号
状態を示し、（Ａ）は設定回路１０の出力信号（ａ）、
（Ｂ）はサイン波パルス列発生回路１１の出力信号（ｂ
）、（Ｃ）は電流サンプリングタイム発生回路１２の出
力信号（Ｃ）、（Ｄ）は電流検知器９の出力信号（ｄ）
、（Ｅ）は電流量検出回路１３の出力信号（６）、（Ｆ
）はリミッタ回路１４の出力信号（ｆ）、（Ｇ）は出力
電圧制御回路１５の出力信号（ｇ）を示す。この第２図
は誘導電動機が通常の有負荷状態のものを示し、而も（
Ｄ）乃至（Ｇ）に於いては、通常の有負荷状態である場
合の実線の他に、誘導電動機が無負荷状態である場合（
一点鎖線）と誘導電動機が過負荷状態である場合（点線
）とを示す。

而してこの動作状態を説明すると、誘導電動機７が無負
荷状態の場合は第２図〔（Ｄ）乃至（Ｇ）に於いては一
点鎖線〕で示す様に、設定回路１０の設定信号（ａ）に
対応してサイン波パルス列発生回路１１が所定の周波数
をもつ不等パルス中の信号（ｂ）を出力し、さらにサイ
ン波パルス列発生回路１１の出力信号（ｂ）に同期して
所定の位相ずれを設けた電流サンプリングタイム信号（
ｃ）を発生し、而も電流サンプリングタイム信号（Ｃ）
を電流量検出回路１３に入力して電流サンプリングタイ
ム信号（Ｃ）の出力時に電流検知器９より出力される検
出信号（ｄ）をもって誘導電動機７の相電流の瞬時値を
出力する。尚、この場合には無負荷状態であるため予め
設定した様に電流の瞬時値は略零を示す。さらに、電流
量検出回路１３の出力信号（ｅ）はリミッタ回路１４に
入力され、リミッタ回路１４の出力信号（ｆ）が出力電
圧制御回路１５に入力される。尚、出力電圧制御回路１
５に入力される信号は略零であるので、予め設定された
周波数と電圧との比例関係をもって電圧が決定され、ト
ランジスタベースドライブ回路１６に信号（ｇ）が出力
される。この出力信号（ｇ）によりトランジスタベース
ドライブ回路１６がインバータ回路５次に誘導電動機７
がを負荷状態の場合は第２図〔（Ｄ）乃至（Ｇ）に於い
ては実線〕で示す様に、電流サンプリングタイム信号（
ｃ）を電流量検出回路１３に入力して電流サンプリング
タイム信号（Ｃ）の出力時に電流検知器９より出力され
る出力される検出信号（ｄ）をもって誘導電動機７の相
電流の瞬時値を出力するのであるが、この時誘導電動機
７には負荷がかかることにより電気的な抵抗分が増加す
るため位相ずれが無負荷の場合に比し少なくなりもって
電流サンプリングタイム信号（Ｃ）時にはそのずれた位
相にて瞬時の電流値がその位相に対応して発止しこの瞬
時の電流値を示す電流量検出回路１３の出力信号（ｅ）
がリミッタ回路１４を介して出力電圧制御回路１５に入
力され、出力電圧制御回路１５ではその出力信号（ｅ）
、即ち電流値に対応して不等パルス中を変化し出力電圧
を上昇させてトランジスタベースドライブ回路１６に信
号（ｇ）を出力し、インバータ回路５を介して誘導電動
機７に上昇した交流電圧を供給する。

尚、不等パルス巾の変化方法は、同一周期の中で・を向
上させると共にすべりを小さくするよう働くのである。

尚、過負荷状態の場合は第２図（（Ｄ）乃至（Ｇ）に於
いては点線〕で示す様に、供給電圧の上昇に対して出力
トルクの向上或いはすべりが未だ追従できず電流サンプ
リングタイム信号時に電流検知器９からの瞬時の電流値
が高く継続する場合は、リミッタ回路１４により電圧の
上昇が停止され誘導電動機が異常な過励磁となり焼損す
る恐れを少なくしているのである。

さらに設定回路１０の設定信号（ａ）を変化させた場合
は第２図に於いて時間ｔｌ乃至時間ｔ２と時間ｔ３乃至
時間ｔ４との比較で示す如く上述したように設定回路１
０の設定信号（ａ）に対応してサイン波パルス列発生回
路１１が所定の周波数をもつ不等パルス巾の信号（ｂ）
を出力して夫々に対応した可変電圧可変周波数の電源供
給をもって誘導電動機７を駆動するのである。尚、周波
数が高い場合は既に電圧も上昇しているので負荷の大き
さに対応して電圧の向上は周波数の低い場合に比しそれ
捏上がらないようになっている。

このように、負荷の有無或いは負荷の大小に店番して自
動的に駆動電圧が変化することにより、第３１！ｌ（実
線にて示す〕に示す如く、周波数の高低によるすべりの
変化を少なく出来、もうで可変周波数に対してすべりの
補償をし電動機の回転数制御を十分に行うことが可能と
なる。

以上の如く、実施例では電圧形−パルス中制御（ＰＷＭ
制御）−不等パルス中制御のものをもって誘導電動機に
供給する線電流を検出する電流検出器の出力電圧を駆動
電圧波形との位相ずれを比較し無負荷状態近傍での位相
ずれを基準として有負荷状態での位相ずれに対応して前
記インバータ回路の出力電圧を可変することにより、出
力トルクを向上させると共にすべりを小さくするよう働
かせて効率的に誘導電動機を駆動するものを掲げたが、
勿論電圧形のものであればいずれのものも適用が可能で
ある。

「発明の効果」 本発明は上記の如く、誘導電動機に供給する線電流を検
出する電流検出器と、この電流検出器の出力電圧を入力
して駆動電圧波形との位相ずれを比較し無負荷状態近傍
での位相ずれを基準として位相ずれに対応して前記イン
バータ回路の出力電圧を可変する出力電圧制御回路とを
設けたので、誘導電動機の負荷の変化或いは誘導電動機
の変更等に対し誘導電動機の駆動電圧を自動的に調整す
るから、誘導電動機が過励磁状態や全く逆の粗励磁状態
となることが少なくなり誘導電動機を効率よく駆動でき
ると共に、而も可変周波数に対してすべりの補償がされ
電動機の回転数制御を十分に行なえる効果がある。

【図面の簡単な説明】

図面第１図は回路ブロック図、第２図は第１図の回路ブ
ロック図の各部の信号図、第３図は回転速度とトルクと
の特性図、第４図は誘導電動機の等価回路図である。 １−交流電源、２・−コンバータ回路、３−ダイオード
ブリッジ、４・−・平滑コンデンサ、５−インバータ回
路、６・−トランジスタ、７・−誘導電動機、８−コン
トロール回路、９−・電流検知器、１０−・−設定回路
、１１−サイン波パルス列発生回路、１２−電流サンプ
リングタイム発止回路、１３−電流量検出回路、１４・
−リミッタ回路、１５−・出力電圧制御回路、１６−　
　トランジスタベースドライブ回路。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）一対のスイッチング素子を直列接続して構成した
   アームに直流電圧が印加され、このスイッチング素子間
   に出力される交流電圧を誘導電動機に供給するインバー
   タ回路と、このインバータ回路のスイッチング素子に駆
   動信号を供給すると共に前記誘導電動機の駆動周波数及
   び駆動電圧を略比例して可変するコントロール回路とで
   なる誘導電動機の制御回路に於いて、前記誘導電動機に
   供給する線電流を検出する電流検出器と、この電流検出
   器の出力電圧を入力して駆動電圧波形との位相ずれを比
   較し無負荷状態近傍での位相ずれを基準として有負荷状
   態での位相ずれに対応して前記インバータ回路の出力電
   圧を可変する出力電圧制御回路とを設けたことを特徴と
   する誘導電動機の制御回路。