JPS60174088A

JPS60174088A - 交流電動機のデジタル制御方式

Info

Publication number: JPS60174088A
Application number: JP59028341A
Authority: JP
Inventors: Yoshimoto Fujioka; 藤岡　良基; Shinichi Kono; 新一河野
Original assignee: Fanuc Corp
Current assignee: Fanuc Corp
Priority date: 1984-02-17
Filing date: 1984-02-17
Publication date: 1985-09-07

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、交流電動機のデジタル制御方式、特に、交流
電動機を駆動するインバータのパルス幅変調（ＰＷＭ）
制御を行なう搬送周波数のデジタル制御方式に関する。

（従来ｉ術）交流電動機を駆動するインバータ回路において正弦波電
圧を作るために指令波の波形を三角波等の搬送周波数と
比′較してパルス幅に変換するＰＷＭ制御方式が採用さ
れている。このＰＷＭ制御方式においては、指令波の波
形に対して搬送波の数が常に一定となる同期方式と指令
波の波形には関係なく搬送波を一定とする非同期方式と
がある。

これらの方式の概要を示す、第１図は同期方式の波形図
を示すものであり、この図に基づいて同期方式について
説明する。第１図に示されるように指令波ＦＣＭＤの周
期ＴＣＭＤと搬送波ＦＣの周期ＴＣはＴＣＭＤ＝ＴＣＸＰ　に（７）例ではＰ’＝１０）とな
り出力のパルス数Ｐは指令波の周波数に関係なく一定、
即ち、Ｐ＝ＴＣＭＤ／ＴＣのパルス数になるように構成
される。つまり、搬送波ＦＣを指令波ＦＣＭＤに同期し
て変えることになる。

第２図は非同期方式の波形図を示すものであり、この図
に基づいて非同期方式について説明する。この方式によ
れば、搬送波Ｆ’Ｃは指令波ＦＣＭＤの周波数に関係な
く常に一定でありインバータ等大容量の場合はスイッチ
ング素子の発熱等により一般的に数Ｋｍ（Ｚである。

（従来技術の問題点）上記した同期方式によれば、指令波の周波数とともに搬
送波周波数が比例して−Ｅ昇し、スイッチング周波数の
制限があるので第３図に示されるように指令波と搬送波
を切換えてスイッチング周波数がある範囲内にあるよう
にする必要があり回路□構成が複雑にならざるを得なか
った。また、低速切換時のショック等が問題であった。

一方、非同期式によれば、搬送波ＦＣは、一定である。

従って、パルス数Ｐは指令波ＦＣＭＤの変化により数が
変化するため、出力パルスＰが奇数個の場合と偶数個の
場合で指令周波数ＦＣＭＤの−＋の波形が最大で０．５
パルス分ずれ、Ｔ　Ｃ＜＜ＴＣＭＤでは問題ないが、Ｔ
ＣとＴＣＭＤとの比が小さくなってくると０．５パルス
分のずれの影響による振動分が出るようになり、誘導電
動機の運転が不安定になるという問題があった。

また、これら同期式、非同期式のいずれも、アナログ回
路で構成されているため、要求される制御内容が高度に
なるに伴って、その回路構成が複雑となる問題があった
。

（発明の目的）本発明の目的は、上記したように同期式、非同期式とも
に一長一短があり、これを解消するために、これらの方
式を組み合せて、低速では非同期式、高速では同期式に
切換えることにより、円滑なＰＷＭ制御を可能とすると
ともに、このための制御回路をデジタル化することによ
り、回路構成を簡単・な電動機のデジタル制御方式を提
供するにある。

（発明の概要）本発明は、所定の波高値・周波数の正弦波電圧指令が入
力されセットするラッチ回路と、各同期搬送波の数に対
応したテ、−プルを有する読み出し専用メモリと、テー
ブル信号に応じて前記読み出し専用メモリのテーブルを
切換えるテーブル切換回路と、励磁パルスが入力され前
記読み出し専用メモリの選択されたテーブルを走査する
第１のカウンタと、一定周波数のクロック信号をカウン
トし、そのカウント値を非同期搬送波として送出する第
２のカウンタと、同期切換信号が入力され。

前記第２のカウンタの補助キャリイ信号の存在条件で、
前記第１のカウンタへの許容又は阻止信号と前記第２の
カウンタへの入力の阻止又は許容信号と切換信号とを送
出する同期・非同期切換回路と、この切換信号により、
前記読み出し専用メモリからの同期搬送波と前記第２の
カウンタからの非同期搬送波とを切換えて出力するデー
タセレクト回路と、このデータセレクト回路の出力と前
記ラッチ回路の出力とを受けて比較しインバータ回路の
スイッチング素子に出力するコンパレータとを備え、回
転速度に応じて搬送波を切換えるように構成される。

（笑施例）第４図は本発明の一実施例を示すブロック図であり、図
中、この回路図に供給される信号、すなわちＰＷＭ指令
、ＲＯＭテーブル信号、同期・非同期切換信号、励磁パ
ルス信号、クロック信号は、中央処理装置（以下ＣＰＵ
と称す）及びハードロジック（いずれも図示していない
）から供給されるものである。ＰＷＭ指令は、電流指令
イ１と電流帰還値からＣＰＵで演算したもので、所定の
波高値・周波数を含む電圧指令であり、各相毎に出力さ
れ、後述するラッチ回路１１にセットされる。ＲＯＭテ
ーブル信号は、高速度領域での同期方式における指令周
波数と搬送周波数との比（第３におけるυ）を指定する
信号であり、後述するＲＯＭテーブル切換回路２４に入
力される。同期切換信号は、回転速度に応じて、非同期
方式、同期方式の切り換え、及び同期方式におけるＲＯ
Ｍテーブルの切り換え、の信号を発生するもので、後述
するＲＯＭテーブル切換回路２４及び同期・非同期切換
回路４１に入力される。励磁パルスは、回転速度に比例
するパルスを発生するもので、後述するパルス処理回路
２１を介して同じく後述するカウンタＡ２２に入力され
る。そして、クロック信号は、一定周期のパルス信号で
あり、後述するクロック信号処理回路３１を介してカウ
ンタＢ３２に入力される。

以下、第４図に示される各構成要素について説明する。

１１は所定の波高値、周波数を含むＰＷＭ指令を受けて
ラッチし、後述するコンパレータ６１に出力するラッチ
回路、２１は励磁パルスの通過或は阻止を同期・非同期
切換回路４１からのイネニブル信号或はインヒビット信
号に応じて処理するパルス処理回路、２２はパルス処理
回路２１を通過した励磁パルスをカラン・卜するカウン
タＡであり、−そのカウンタ値は後述する読み出し専用
メモリＲＯＭ２３のアドレスを指示するものとなり、入
力パルスの存在中はサイクリックにカウントを継続する
。また、カウンタＡ２２はＲＯＭテーブル切換えのため
のキャリイ信号を発生する。２３はカウンタＡ２２のカ
ウント値をアドレス信号として入力され、各アドレスの
データを読み出すことにより同期搬送波Ａを出力する読
み出し専用メモリＲＯＭであり、同期方式における指令
波周波数と搬送波周波数との比υ（これは後述するＲＯ
Ｍテーブル切換回路２４から指定される）に応じたテー
ブルが書き込まれており、指定されたυのテーブルをカ
ウンタＡ２２のカウント値に従って読み出していくこと
になる。２４はＲＯＭテーブル信号に応じた指令値をＲ
ＯＭ２３に供給するＲＯＭテーブル切換回路であり、そ
の切換はＲＯＭテーブル切換を指示する同期切換信号と
カウンタＡ２２からのキャリイ信号の存在下で行なわれ
る。３１はクロック信号の通過或は阻止を同期・非同期
切換回路４１からのイネニブル信号或はインヒビット信
号に応じて処理するクロック信号処理回路、３２はクロ
ック信号処理回路３１を通過したクロック信号をカウン
トするカウンタＢであり、クロック信号の入力ごとにカ
ウント値・を順次増加させ、カウント値が最大値に至る
と順次減少させ、最小値に至ると逆に順次増大させるこ
とを繰り換えして、そのカウント値の出力が一定周波数
である非同期搬送波（三角波）となる、この様子を図に
示すと第５図の如くなる。この第５図中の補助キャリイ
（ａｕｘ、ｃａｒｒｙ）が零点信号として、同期・非同
期切換回路４１に供給される。４１は同期・非同期の切
換えを指示する同期切換信号とカウンタＡ２２のキャリ
イ信号或はカウンタＢの補助キャリイ信号の存在下で、
パルス処理回路２１にイネニブル信号（又はインヒビッ
ト信号）、クロック信号処理回路３１にインヒビット信
号（又はイネニブル信号）を与えるとともに、後述する
データセレクト　□回路５１に同期・非同期の切換信号
を供給する。

この同期・非同期の切換え、及びＲＯＭテーブルの切換
えは、同期切換信号と、キャリイ信号φ補助キャリイ信
号を用いることにより、励磁周期の最初すなわち指令波
の零点で行なわれる。５１は同期・非同期切換回路４１
からの切換信号に応じて、ＲＯＭ２３からの同期搬送波
と、カウンタＢからの非同期搬送波とを切換るデータセ
レクタである。６１はラッチ１１にセットされている所
定の波高値Φ周波数を含むＰＷＭ指令とデータセレクタ
５１で選択された同期搬送波或いは非同期搬送波とを受
けて、合成するためのコンパレータである。なお、第４
図ではＵ相についてのみ示しているが、他の相について
も同様に構成されるものである。

つぎに、第４図の実施例構成の動作を第６図の特性曲線
図を参照しつつ説明する。

ＰＷＭ制御されるインバータの出力にて誘導電動機が駆
動されるが、第６図において、誘導電動機の回転数が１
５０ｏｒｐｍを境界として、その回転数より低い範囲で
は一定の搬送周波数（２ＫＨ２）であり、その回転数よ
り高い範囲では回転数に比例して増加する搬送周波数と
なる。すなわち、所定の回転数より低い範囲ではＰＷＭ
制御の搬送波として非同期搬送波が使用され、高い範囲
では搬送波として同期搬送波が使用される。さらに、同
期搬送波の範囲において、スイッチング周波数の制限か
ら搬送波の周波数の上限があるので、回転数に応じて、
指令波周波数に対する搬送波周波数の比υを順次切り換
えて、搬送波周波数の最高値を一定周波数以下に抑えて
いる。

さて、誘導電動機の起動に際して、電動機の速度指令で
ある所定の波高値・周波数を有するＰＷＭ指令がラッチ
回路１１にセットされ、この値がコンパレータ６１の一
方の入力として与えられる。この時の同期切換信号は、
低速度であるから同期Φ非同期切換信号４１を非同期側
に切り換えている。これによりパルス処理回路２１はイ
ンヒビットされ、クロック信号処理回路３１はイネニブ
ルとされ、データセレクト回路５１は非同期搬送波側に
選択されている。同時に一定周波数のクロック信号が発
生されているので、このクロック信号がカウンタＢ３２
に供給される。カウンタＢ３２は第５図に示した如くの
定周波数の非同期搬送波を発生させることとなり、デー
タセレクト回力として非同期搬送波が与えられる。コン
パレータ６１では、入力されたＰＷＭ指令信号と非同期
搬送波とを周知の手段にて比較して、インバータ回路の
スイッチング素子のスイッチング信号を出力する。電動
機の回転速度が非同期の範囲である１５００ｒｐｍ以下
の場合には、ＰＷＭ指令の変更（波高値φ周波数の変更
）に応じて回転数は制御されるが°、搬送波は一定の周
波数のままである。

同期・非同期の切換速度（１５００ｒｐｍ）に電動機の
回転速度が上昇してくると、非同期制御から同期制御に
切換える内容の同期切換信号が、ＲＯＭテーブル切換回
路２４と同期・非同期切換回路４１に供給される。ＲＯ
Ｍテーブル切換回路２４では、供給されるＲＯＭテーブ
ル信号に応じたＲＯＭ２３のテーブルを選択するように
切り換える。同期・非同期切換回路４１では非同期から
同期への切換信号を受けても直ちに切換動作を実行しな
い。なぜなら非同期搬送波から同期搬送波への切換えを
スムーズに行なうために、第５図に示すごとく、非同期
搬送波の上昇中零点信号、すなわち補助キャリイ信号（
ａ・ｕｘ、ｃａｒｒｙ）の出るのを待って同期搬送波へ
の切換えを実行する。この実行に際して、クロック信号
処理回路３１のインヒビット、パルス処理回路２１のイ
ネニブル及びデータセレクト回路５１の同期搬送波側の
選択を同時に行なう、パルス処理回路２１がイネニブル
されると、これに人力されている励ｍ　ハルス（回転速
度に比例する）がカウンタＡ２２に供給開始され、カウ
ンタＡ２２のカウント値がＲＯＭ２３の選択されている
テーブルのアドレスとしてＲＯＭ２３に与えられ、ＲＯ
Ｍ２３からは選択されているテーブルの内容がカウント
値に従うて読み出される。この読み出された信号は同期
搬送波としてデータセレクト回路５１を通ってコンパレ
ータ６１に与えられ、その時のＰＷＭ指令と比較される
。この状態で回転速度が変っても、ＰＷＭ指令と励磁パ
ルスとは比例して変化するので同期制御がなされる。

回転速度が上昇して、搬送波周波数と指令波周波数との
比υを変更すべき状ＷＢ（第５図の３００Ｏｒｐｍ）に
なると、ＲＯＭテーブル信号の内容が変更されてＲＯＭ
テーブル切換回路２４に供給されるとともに、励磁周期
の最初に供給さ゛れる同期切換信号と、カウンタＡ２２
の零点を示すキャリイ信号がともに供給されるときに、
ＲＯＭテーブル切換回路２４は切換動作を実行して、Ｒ
ＯＭ２３のテーブルを新しいＲＯＭテーブル信号の指示
するテーブルを選択して、同期搬送波の搬送波周波数の
切換えをスムーズに実行する。

更に回転速度が上昇すると、同様にして順次ＲＯＭ２３
のテーブルを切換選択していくことになる。

以上の動作説明は、回転速度が上昇して行く場合につい
て述べたが、回転速度が下降する場合も同様に行なわれ
るものである。

また、同期と非同期の切換、及び同期における比υの切
換えに際して、ハンチング動作が発生しないように、同
期切換信号等にヒステリシス特性を与える等の配慮を行
なうことがなされる。

（発明の効果）以上説明したように、本発明によれば、一定周波数のク
ロック信号が駆動されるカウンタから非同期搬送波を得
、励磁パルスで駆動されるカウンタの出力をアドレスと
し、複数のテーブルを有するＲＯＭから同期搬送波を得
るとともに、ＲＯＭテーブル切換回路、同期・比同期切
換回路を用いることにより、所定の回転数より低い範囲
では非同期方式のＰＷＭ制御を行ない、所定の回転数よ
り高い範囲では同期方式のＰＷＭ制御方式とし。

かつ同期方式の搬送波対指令波の比を自動的に制御する
ことにより、同期方式、非同期方式がそれぞれ有してい
る欠点を補い円滑なＰＷＭ制御を行なうことができると
ともに、搬送波の切換をスムーズに行なうことができる
。また、この複雑な制御を独自の簡単なデジタル回路を
用いて実行することができ、その制御は迅速的確であり
、かつ経済的なメリットが大である。

【図面の簡単な説明】

第１図は同期方式の波形図、第２図は非同期方式の波形
図、第３図は同期方式における変調比を示す図、第４図
は本発明の一実施例ブロック図、第５図はカウンタによ
る非同期波の波形図、第６図は回転数と搬送波周波数と
の関係図である。図中、ｌｌ・・・ラッチ回路、２１・・・パルス処理回
路、２２・・・カウンタＡ、２３・・・読み出し専用メ
モリ（ＲＯＭ）、２４・・・ＲＯＭテーブル切換回路、
３１・・・クロック信号処理回路、３２・・・カウンタ
Ｂ、４１・・・同期・非同期切換回路、５１・・・デー
タセレクト回路、６１・・・コンパレータ。特許出願人　ファナック株式会社代　理　人　弁理士　辻　實（外１名）第　／　日ｖ　２　図指令用浪教第　４　図

Claims

【特許請求の範囲】

所定の波高値・周波数の正弦波電圧指令が入力されセッ
トするラッチ回路と、各同期搬送波の数に対応したテー
ブルを有する読み出し専用メモリと、テーブル信号に応
じて前記読み出し専用メモリのテーブルを切換えるテー
ブル切換回路と、励磁パルスが入力され前記読み出し専
用メモリの選択されたテーブルを走査する第１のカウン
タと、一定周波数のクロック信号をカ□ウントし、その
カウント値を非同期搬送波として送出する第２のカウン
タと、同期切換信号が人力゛され、前記第２のカウンタ
の補助キャリイ信号の存在条件で、前記第１のカウンタ
への詐容又は阻止信号と前記第２のカウンタへの入力の
阻止又は鱒容信号と切換信号とを送出する同期・非同期
切換回路と、この切換信萼により、前記読み出し専用メ
モリからの同期搬送波と前記第２のカウンタからの非同
期搬送□波とを切換え°Ｃ出力するデータセレクト回路
と、このデータセレクト回路゛の出力と前記クラッチ回
路の出力とを受けて比較しインバータ回路のスイ□ッチ
ング素子に出力するコンパレータとを備え、回転一度に
応じて搬送波を切換えることを特徴とする交流電動機の
デジタル制御方式。