JPH03253291A - 電動機駆動装置 - 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】 ［発明の目的コ （産業上の利用分野） 本発明は、電動機を可変速駆動する電動機駆動装置に係
り、特にその脱調状態を防止する手段を備えた電動機駆
動装置に関する。

（従来の技術） この種の従来の駆動装置として、ブラシレスモータを可
変速駆動するものについて説明する。

ブラシレスモータの駆動装置においては、ステータコイ
ルと永久磁石形のロータとの相対的位置をホール素子等
の位置検出素子を用いずにステータコイルに生ずる誘起
電圧を含む端子電圧を利用して検出する方式が採用され
るようになってきている。

この従来例を第３図に示す。即ち、１は直流電源、２は
ブラシレスモータ３のステータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３
Ｗに通電するためのインバータ回路、４，５及び６はス
テータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗに生ずる誘起電圧を含
む端子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷＶを９０９移相させるフィ
ルタ回路、７はこれらのフィルタ回路４乃至６の出力信
号から中性点電圧ＮＶを得る検出回路、８．９及び１０
は一次遅れ要素たるフィルタ回路４．５及び６の出力信
号と中性点電圧ＮＶとを夫々比較する比較機、１１は制
御回路である。第４図は従来例の動作を示すタイムチャ
ートであり、今、これを参照してＵ相について考えてみ
る。ステータコイル３Ｕに生ずる端子電圧ＵＶ（第４図
（ａ）参照〉には、インバータ回路２の転流時に対アー
ム還流ダイオードの導通によって生ずるスパイク状の電
圧成分が含まれている。このスパイク状の電圧成分の影
響をなくすために、端子電圧ＵＶをフィルタ回路４によ
って９０°位相をシフトさせ、第４図（ｂ）で示すよう
な移相電圧ＤＵＶとする。その後、この移相電圧ＤＵＶ
と第４図（ｂ）に示す中性点電圧ＮＶとを比較器８によ
り比較し、第４図（ｃ）で示すように位置検出信号ＰＳ
Ｕを得る。

他のＶ及びＷ相についても同様であり、端子電圧ＶＶ及
びＷｖに基づいて比較器９及び１０から第４図（ｄ）及
び（ｅ）で示すように位置検出信号ＰＳＶ及びＰＳＷを
得る。これらの位置検出信号ＰＳＵ、ＰＳＶ及びＰＳＷ
は１８０”通電ノ１２０＠位相の異なる信号となり、こ
れらが制御回路１１に与えられることにより、その制御
回路１１は６つのドライブ信号を出力してインバータ回
路２のスイッチング素子たるトランジスタのベースに与
えるようになる。

しかし、上記構成では端子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷｖに含
まれるスパイク状の電圧成分を除去するために９０＠遅
れ位相特性を有するフィルタ回路４乃至６を設けている
ので、フィルタ回路４乃至６の時定数が大きく、このた
め、急激な加減速に追従できない問題があり、また、低
速領域での位置検出が困難になる問題がある。更に、端
子電圧ＵＶ、ＶＶ及びＷｖに含まれるスパイク状の電圧
成分の大きさは、ステータコイル３Ｕ、３Ｖ及び３Ｗの
電流即ち負荷の大きさによって変化するので、負荷変動
が大きいとフィルタ回路４乃至６以降の信号波形に位相
誤差を生ずることになり、安定性に問題がある。

そこで、この問題を解決するためには、ステータコイル
の端子電圧を用いずにステータコイルに流れる電流に基
づいて制御する駆動装置が考えられる。

その駆動装置について説明する。

先ず、第５図に従って、全体の構成について述べる。２
１は３相の交流電源であり、その３相交流電圧は６個の
ダイオードを３相ブリツジ接続してなる全波整流回路２
２の交流入力端子に与えられるようになっている。この
全波整流回路２２の直流出力電圧はこれとともに直流電
源２３を構成する平滑用コンデンサ２４を介して直流母
線２５゜２６に与えられるようになっている。２７は６
個のスイッチング素子たるトランジスタを３相ブリツジ
接続してなるインバータ回路であり、その入力端子には
直流母線２５．２６間の直流電圧が与えられるよ１にな
っている。２８は３相４極のブラシレスモータであり、
これは、Ｕ、Ｖ及びＷ相の固定子巻線２９Ｕ、２９Ｖ及
び２９Ｗを有する固定子２９と、永久磁石形の回転子３
０とを備えている。そして、固定子巻線２９Ｕ、２９Ｖ
及び２９Ｗはスター結線されていて、これらにインバー
タ回路２７の出力端子からの交流出力電圧が供給される
ようになっている。３１はホールＣＴからなる電流検出
器であり、これはインバータ回路２７の直流側部分たる
直流母線２５に設けられている。３２は直流増幅回路で
あり、これは電流検出器３１とともに電流検出手段３３
を構成するものである。そして、電流検出器３１により
検出された直流電流信号１ｄｃは、直流増幅回路３２を
介して力率演算手段たる力率演算回路３４の入力端子に
与えられるようになっている。この力率演算回路３４は
、直流電流信号１ｄｃに基づいて力率信号ΔＩｄｃ及び
電流変化量ΔＩｄｃ−を演算するもので、その力率信号
ΔＩｄｃ及び電流変化量ΔＩｄｃ−は出力端子から信号
として出力されて電圧周波数（Ｖ／Ｆ）演算手段たるＶ
／Ｆ演算回路３５の入力端子に与えられるようになって
いる。このＶ／Ｆ演算回路３５は、力率信号Δ１ｄＣ９
電流変化量ΔＩｄｃ＝及び図示しない設定器から与えら
れる速度指令ω８に基づいて電圧信号Ｖ及び周波数信号
Ｆを演算するもので、これらは出力端子から出力されて
ドライブ回路３６の入力端子に与えられるようになって
いる。そして、ドライブ回路３６は、電圧信号Ｖ及び周
波数信号Ｆに基づいてＰＷＭ制御された６つのドライブ
信号を出力端子から出力してインバータ回路２７の６個
のトランジスタのベースに与えるようになっており、こ
れにより、ブラシレスモータ２８の回転子３０は速度指
令値ω１の示す回転速度で回転されるようになっている
。

次に、その作用つき第６図をも参照して説明する。

第６図には、インバータ回路２７により力率制御を行な
わなかった場合における力率変化に対する電流検出手段
３３の直流電流信号１ｄｃの波形を示す。即ち、力率が
遅れた場合には、同図（ａ）で示すように、出力周波数
の１／６周期（電気角で６０’）毎に波形が変化し、そ
の変化は右上りとなる。反対に、力率が進んだ場合には
、同図（Ｃ）で示すように、同周期毎に波形が変化し、
その変化は右下りとなる。そして、力率が略１になった
場合には、同図（ｂ）で示すように、はとんど変化のな
い波形となる。そこで、直流電流信号Ｉｄｃの波形が電
気角で６０°毎に繰返し変化することから、その電気角
６０°毎の時点（０゜６０’　　　１２０’　　　１８
０’・・・３６０’）に着目し、その各時点の直前たる
Ａ点の電流値１ａと直後たるＢ点の電流値１ｂとの差（
Ｉｂ−１ａ）を検出し、この差が零即ち電流値１ａ、Ｉ
ｂが等しくなるように制御することで、第６図（ｂ）に
示す如く力率が略１となるようにブラシレスモータ２８
を運転させることができる。即ち、固定子巻線の端子電
圧から磁極位置を検出する従来のブラシレスモータの方
式と同等の運転を行なわせることかできるのである。

（発明が解決しようとする課題） しかし、上記のように構成された電動機駆動装置におい
ても、同期電動機のような電動機を制御する場合、その
電動機特性により、低速領域はど電圧に対して遅れ、進
み領域が狭くなるにもかかわらず、その低速領域でも所
定の電気角で検出するので、例えば負荷が急変した場合
、制御が遅れ、脱調状態が発生することがあり、電動機
を安定に駆動する上で大きな障害となっていた。

そこで、本発明は、上記問題点を鑑み、電動機の低速領
域では遅れ力率運転を行ない、所定領域まで速度が達し
たときに、力率が略１になるような運転を開始すること
が可能な電動機駆動装置を提供することを目的とする。

［発明の構成］ （課題を解決するための手段） 上記目的を達成するために、本発明は、電源から供給さ
れる交流電力を直流に変換するコンバータ手段と、この
コンバータ手段からの直流電力を任意の周波数を有する
交流電力に変換するインバータ手段とを有し、前記イン
バータ手段からの交流電力により電動機を可変速制御す
る電動機駆動装置において、前記インバータ手段の直流
電流を検出する電流検出手段と、この電流検出手段から
の検出信号を基に、力率を演算する力率演算手段と、こ
の力率演算手段からの出力信号を、予め設定された基準
値に応じて補正する力率補正手段と、この力率補正手段
からの出力信号と前記予め設定された基準値とを基に出
力電圧を算出する算出手段とを具備することを特徴とす
る電動機駆動装置を提供する。

（作用） このように構成された電動機駆動装置によれば、電動機
に印加される電圧の周波数の所定電気角（例えば６０ｍ
）毎の直前・直後に流れる直流電流の差を力率として得
、この直流電流差に速度基準に応じた補正値を加算して
電動機への印加電圧と周波数とを制御するので、電動機
の低速領域で例えば負荷が急変した場合でも、脱調を防
止でき、安心な制御が実現できる。

（実施例） 以下、本発明の一実施例を図面を用いて説明する。

なお、従来と同じ構成要件については、同−符号を付し
、その説明は省略する。

第１図に示すように本実施例の電動機駆動装置は同期電
動機を駆動する例である。

まず、直流から交流に変換する直流リンク部に流れる電
流を電流センサ３１により検出し、電流検出手段３３へ
入力され、増幅及びサンプリング及ホールド等により波
形成形を行なう。前述したように、力率の違いにより第
６図に示すような電流波形となるため、力率が略１とな
るような運転をするには直流電流の差（ＩＢ−ＩＡ）が
零になるように、制御する必要がある。そこで、力率演
算手段回路３４では、この電流の差を力率として演算す
る。

次に、この値は力率補正手段４０に入力される。

ここでは、速度指令値ω７も人力されており、速度に応
じて、前段で演算された力率の値に補正を加える。その
動作について、第２図を用いながら述べる。

第２図は横軸に出力周波数、縦軸に出力電圧をとった電
圧（Ｖ）−周波数（Ｆ）特性である。

点線が力率路１で運転したときの特性で点線より上が遅
れ力率領域、下が進み力率領域であり、又、本実施例で
は、任意の周波数ｆ１を選び、０Ｈｚ−ｆｌＨｚまでの
間で、力率に補正を加える。

外部から指令値ω３が与えられると、速度に逆比例した
値、例えば 補正量（ΔＰ）−ＧＩ　Ｘ　（ｆｌ　−ｆ）ここで、Δ
Ｐは補正量、Ｇｌはゲイン、ｆは指令値ω８で与えられ
る周波数を示す。

ただし、ｆ＞ｆｌではΔＰ−０とする。

のように、速度が速いほど、補正量が比例的に少なくな
るような補正の方法を用いる。

前段の力率演算手段３４では、遅れ力率の場合、Ｉｂ−
Ｉａは負の値となり、電圧を下げる方向へ制御相しなけ
ればならない。逆に進み力率の場合、Ｉｂ−Ｉａは、正
の値となり電圧を上げる方向へ制御しなければならない
。従って、力率補正手段４０では、前述の補正量ΔＰを
このＩｂ−１ａに加えることにより、例えばＩｂ−１ａ
−０即ち力率が略１ではΔＰ分だけ正の値となるため、
電圧を上げる方向、即ち力率路１では、ΔＰ分だけ正の
値となるため電圧を上げる方向、すなわち力率路１のポ
イントから遅れ力率へと移行する。そして、遅れ力率で
は、Ｉｂ−Ｉａの負の値にΔＰが加わるため、負の値が
小さくなり電圧の下げる度合いが小さくなり、ΔＰだけ
、そのまま遅れ力率領域に残ることになる。また、進み
力率では、Ｉｂ−１ａの正の値にΔＰが加わるため、電
圧の上げる度合いが大きくなり、遅れ力率領域へ移行す
る。

なお、前述したように、低速はど補正量が多くなるため
、低速はど遅れ力率へと移行する度合いが増す。

また、この力率補正手段４０では、出力周波数がＱ−ｆ
、Ｈｚまでの範囲で、力率に補正が加えられ、Ｖ／Ｆ演
算手段３５へ出力される。Ｖ／Ｆ演算手段３５では、指
令値ω１により決まる電圧値に、前述の力率の値が制御
要素に組み込まれ、演算され、指令値ω１と力率によっ
て決定された電圧が得られる。

そして、指令値ω５と決定された電圧の値でドライブ回
路３６を制御し、モータ２８を駆動する。

このときの特性を第２図の実線で示し、０〜ｆ１Ｈｚで
は遅れ力率運転となる。

尚、本実施例においては、力率補正手段４０の補正の方
法で任意の周波数をｆ、の１カ所としたが、これに限ら
ず補正範囲を何等分かに分けても良い。また、それぞれ
の範囲で補正の定数や補正式を変えても良い。（速度：
と逆比例した式に限らず種々の変形が可能である。）さ
らに、速度だけに、力率が関係するようにしたが、これ
に限らず速度以外のパラメータで力率の補正を加えても
何ら問題はない。さらに、Ｉｂ−ＩａにΔＰを加えるだ
けでなく　（Ｉｂ−Ｉａ）に速度等に比例したゲインを
乗算して、制御性の向上をはかっても良い。

［発明の効果コ 以上述べたように、本発明によれば、力率補正手段によ
りインバータ手段直流電流の検出から得られる力率に、
任意の速度領域で任意の補正量を加算するようにしたの
で、力率が異なる運転かでき、負荷が急変しても、税調
を防止ができる。

従って、電動機を安定に駆動させることができるという
優れた効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の一実施例を示す概要構成図、第２図
は第１図に示した実施例の電圧（Ｖ）−周波数（Ｆ）特
性を示すグラフ、第３図及び第５図は従来の電動機駆動
装置の概要構成図、第４図は、第３図に示した装置の各
部の信号波形図、第６図は、第５図に示した装置の力率
が異なる状態での直流電流信号の波形図である。 １・・・３相交流電源、 ２・・・全波整流回路（コンバータ手段）、７・・・イ
ンバータ回路（インバータ手段）、１・・・電流検出回
路、　３２・・・直流増幅回路、３・・・電流検出手段
、　３４・・・力率演算手段、５・・Ｖ／Ｆ演算手段（
算出手段）、 ０・・・力率補正手段 第２図

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 電源から供給される交流電力を直流に変換するコンバー
   タ手段と、このコンバータ手段からの直流電力を任意の
   周波数を有する交流電力に変換するインバータ手段とを
   有し、前記インバータ手段からの交流電力により電動機
   を可変速制御する電動機駆動装置において、前記インバ
   ータ手段の直流電流を検出する電流検出手段と、この電
   流検出手段からの検出信号を基に、力率を演算する力率
   演算手段と、この力率演算手段からの出力信号を、予め
   設定された基準値に応じて補正する力率補正手段と、こ
   の力率補正手段からの出力信号と前記予め設定された基
   準値とを基に出力電圧を算出する算出手段とを具備する
   ことを特徴とする電動機駆動装置。