JP2544196Y2 - 交流電動機の制御装置 - Google Patents

交流電動機の制御装置

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JP2544196Y2
JP2544196Y2 JP1993049998U JP4999893U JP2544196Y2 JP 2544196 Y2 JP2544196 Y2 JP 2544196Y2 JP 1993049998 U JP1993049998 U JP 1993049998U JP 4999893 U JP4999893 U JP 4999893U JP 2544196 Y2 JP2544196 Y2 JP 2544196Y2
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良介 上月
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西芝電機株式会社
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Description

【考案の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本考案は、交流電動機の制御装置
に関する。
【0002】
【従来の技術】従来の交流電動機の速度制御を行う制御
装置の構成例を図3を参照して説明する。同図におい
て、1は交流電源、2は整流回路、3はPWM(パルス
幅変調)インバータ、4は交流電動機、5は速度センサ
ー、6は電流検出器、7は速度制御部、8は電流制御ア
ンプ(ACR)、9は三角波発振器(OSC)、10は
パルス幅変調(PWM)回路である。
【0003】図3の制御装置においては、速度指令ωr
* に対し速度センサー5よりの速度信号ωrを速度制御
部7に入力し、交流電動機4の速度制御を行うものであ
る。速度制御部7では速度要素、電流要素が演算され、
その結果、出力として交流電動機4の一次電流指令I1
* (交流信号)が出力される。なお、速度制御部7につ
いては本考案と直接関係ないのでその詳細な説明は省略
する。
【0004】上記した交流の一次電流指令I1 * は、P
WMインバータ3と交流電動機4との間に設けた電流検
出器6で検出される交流の電流検出信号I1 と電流制御
アンプ(ACR)8にて比較増幅される。この電流制御
アンプ8の出力信号E1 * は三角波発振器9より出力さ
れる三角波搬送波とによりPWM回路10にてPWM変
調(パルス幅変調)され、PWMインバータ3にベース
信号として与えることにより電流制御系を構成してい
る。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】このような電流制御系
における電流制御アンプ8の回路構成を図4に示す。
【0006】電流制御アンプ8は、演算増幅器Amp
と、その入力抵抗Riと、コンデンサCfと抵抗Rfと
の直列接続になる帰還回路による比例積分回路と、演算
増幅器Ampの出力に接続し帰還回路のゲインを可変す
る可変抵抗器VRとから構成される。このように、電流
制御アンプ8には交流の電流指令I1 * と電流検出器6
で検出される交流の電流検出信号I1 との偏差信号が入
力され、偏差信号が比例積分される。
【0007】ところで、電流制御アンプ8にて交流電動
機に流れる電流を制御して速度制御を行った場合、可変
抵抗器VRにて帰還回路のゲインを1ポイントに設定す
るため、速度制御部7より出力される周波数が可変する
交流の一次電流指令I1 * に対し電流制御アンプ8は一
定のゲインでしか動作しない。この結果、電流制御アン
プ8のゲインを可変抵抗器VRにて低周波数で安定な電
流制御ゲインに設定すると、高周波数においては電流制
御アンプ8のゲイン低下により一次電流指令I1 * どお
りの電流が流れなく,安定な電流制御ができなくなり、
交流電動機の出力負荷にトルクリップルによる振動が生
じたり、交流電動機が異常発熱したりする等の問題が生
じる。また、電流制御アンプ8のゲインを可変抵抗器V
Rにて高周波で安定な電流制御ゲインに設定すると、低
周波数においては電流制御アンプ8のゲイン高により不
安定な電流制御系となり、その結果速度制御が安定に動
作しない等の問題が生じる。このような問題は、交流電
動機を商用周波数以上の高周波数まで広範囲に制御した
場合に顕著に生じる。
【0008】本考案は上記問題を解決するためになされ
たもので、その目的は、比例積分回路を用いて電流制御
系を構成した場合、交流電動機の一次電流指令が広範囲
に周波数変化しても、電流制御アンプのゲインをほぼ一
定に保ち、適切でしかも安定な電流制御ができる交流電
動機の制御装置を提供することにある。
【0009】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、本考案は、交流電動機に流れる電流を電流検出器で
検出し、この検出信号と、前記交流電動機の電流指令信
号とから前記交流電動機に流す交流電流を演算する電流
制御手段を有し、この電流制御手段の出力信号でPWM
回路およびPWMインバータを介して前記交流電動機を
制御する交流電動機の制御装置において、前記電流制御
手段は、前記電流検出器で検出した検出信号と前記電流
指令信号とを比較増幅し、前記PWM回路へ比較増幅信
号を出力する演算増幅器と、前記演算増幅器の入力抵抗
と前記演算増幅器の帰還回路を構成するコンデンサと抵
抗とからなる比例積分回路と、直列接続した複数の抵抗
からなり前記演算増幅器の出力側に接続して前記帰還回
路のゲインを設定する分圧帰還回路と、前記分圧帰還回
路の一部の抵抗と並列接続され、抵抗間を電気的にオン
・オフする高速スイッチ素子とからなり、前記高速スイ
ッチ素子を前記交流電動機の回転数に応じてオン・オフ
制御するゲート制御回路で制御することを特徴とする。
【0010】
【作用】本考案においては、一次電流指令が周波数変化
した場合、交流電動機の一次周波数要素を分圧帰還回路
内の抵抗と並列に接続した高速スイッチ素子に与え、一
次周波数に応じて高速スイッチ素子のスイッチ動作にて
抵抗の抵抗値を可変し、交流電動機の一次電流指令が広
範囲に周波数変化した場合においても、電流制御アンプ
のゲインをほぼ一定に保つことができる。
【0011】
【実施例】以下、本考案の実施例を図を参照して説明す
る。図1は本考案の一実施例の構成図であり、図4で示
した従来の構成と同等の機能を有する要素については同
一符号を付してその説明を省略する。
【0012】図1において、電流制御アンプ8Aの構成
のうち、演算増幅器Amp、入力抵抗Ri、コンデンサ
Cfと抵抗Rfとの直列接続よりなる帰還回路、演算増
幅器Ampの出力に接続した抵抗R1,R2は従来の可
変抵抗器VRに代るものであり、分圧帰還回路にて電流
制御アンプのゲインを決定するものである。SWは抵抗
R1とコンデンサC1と並列に接続した高速スイッチ素
子であり、抵抗R2に直列に接続されている。高速スイ
ッチ素子SWのゲート信号は、交流電動機の一次周波数
要素である回転数ωrを入力し高速スイッチ素子SWを
全オン、全オフ、オンデューティ制御するかの制御を行
うゲート制御回路20より供給されるように構成されて
いる。
【0013】上記のような回路構成において、以下一相
当たりの電流制御について説明する。まず、抵抗の抵抗
値をR1=R2とし、かつこの抵抗値は帰還回路のイン
ピーダンスより十分小さく選定する。交流電動機の一次
周波数が低周波の状態では、ゲート制御回路20は高速
スイッチ素子SWを全オンする信号を出力する。従っ
て、電流制御アンプ8Aの帰還回路は、コンデンサCf
に抵抗Rfが接続されただけの構成となる。電流制御ア
ンプが低周波領域で安定となるようなコンデンサCf、
抵抗Rfに選定する。
【0014】ここで、一般的に電流制御アンプ8Aの伝
達関数は(1)式となる。 G(s)=(1+Rf・Cf・s)/(β・Ri・Cf・s) …(1) s:ラプラス演算子 β:分圧帰還回路によるゲイン(β=1) 抵抗R1,R2の抵抗値は帰還回路のインピーダンスよ
り十分小さいので無視する 従って高速スイッチ素子SWが全オンの時の電流制御ア
ンプ8Aの伝達関数は(2)式となる。 G(s)=(1+Rf・Cf・s)/(Ri・Cf・s) …(2)
【0015】次に、交流電動機の一次周波数が高周波数
になると、ゲート制御回路20は高速スイッチ素子SW
を全オフする信号を出力する。従って、電流制御アンプ
8Aの帰還回路は、コンデンサCfと抵抗Rfが直列に
接続され、さらに分圧帰還回路R1,R2によるゲイン
分が増幅される。この分圧帰還回路の詳細説明は文献資
料にあるので省略する。この場合の電流制御アンプ8A
の伝達関数を求めると(1)式のβ=1/2となり、下
記(3)式となる。 G(s)=(1+Rf・Cf・s)/(1/2・Ri・Cf・s)…(3) s :ラプラス演算子 1/2:分圧帰還回路によるゲイン(β=1/2)
【0016】(3)式を書き直すと、下記(4)式とな
る。 G(s)=2(1+Rf・Cf・s)/(Ri・Cf・s) …(4) (2)式と(4)式を比較すると、(4)式の方が電流
制御アンプのゲインが2倍になっていることがわかる。
【0017】今、一例として分圧帰還回路の抵抗をR1
=R2としたが、抵抗値を変えることによりゲインが変
化することは、(1)式より判明している。従って、ゲ
ート制御回路20の出力信号により高速スイッチ素子S
Wをオン,オフすることにより電流制御アンプ8Aのゲ
インを可変することは可能である。上記制御の場合のゲ
ート制御回路20の出力特性を図2(a)に示す。同図
中一次周波数f1の変化に対し、高速スイッチ素子SW
の切り替えにはヒステリシス幅をもたせている。なお、
抵抗R1に並列に接続しているコンデンサC1は前述の
制御時には不要である。
【0018】次に、上記制御の場合よりも電流制御精度
が要求される場合や高速スイッチ素子SWが切り替わる
瞬間のショックによる交流電動機の出力負荷のトルク変
動が問題になる場合に対応する本考案の他の実施例を説
明する。
【0019】電流制御アンプ8Aの構成は図1と同様で
ある。異なる点はゲート制御回路20の出力信号を上記
SW全オン、全オフの他に全オンから全オフに移行する
時にオンデューティ制御を行うように構成したことであ
る。この場合のゲート制御回路20の出力特性を図2
(b)に示す。
【0020】オンデューティ制御を行う一例としては、
搬送波である三角波の周波数を数十kHzと高くし、速
度要素と三角波を比較する方法にて行う。ここで単に高
速スイッチ素子SWを抵抗R1に並列接続しただけで
は、搬送波である三角波の周波数成分が電流制御アンプ
8Aの出力に現れる。従って、これを除去する目的で抵
抗R1と並列にコンデンサC1を接続する。搬送波であ
る三角波の周波数が、一次周波数より十分高いこと、ま
た分圧帰還抵抗回路の抵抗値が低いことにより、コンデ
ンサC1による遅れは電流制御には問題なく、オンデュ
ーティ制御は連続的に制御ができる。搬送波である三角
波の周波数を高くすれば、コンデンサC1の値は小さく
できることは可能である。
【0021】このように、高速スイッチ素子SWにてオ
ンデューティ制御を行うことにより、分圧帰還回路の抵
抗値が連続的に可変され、電流制御アンプのゲインも
(2)式から(4)式に瞬間的に変化するのではなく、
(2)式から(4)式に連続的に変化する。
【0022】従って、ゲート制御回路20にて高速スイ
ッチ素子SWが全オン、オンデューティ制御、全オフす
る一次周波数を決めると、前述した問題点すなわち、電
流制御精度が要求される場合や高速スイッチ素子SWが
切り替わる瞬間のショックによる交流電動機の出力負荷
のトルク変動は解決する。
【0023】
【考案の効果】以上説明したように、本考案では交流電
動機の一次電流指令が広範囲に周波数変化した場合にお
いても、交流電動機の一次周波数要素を比例積分回路の
ゲインを決める分圧帰還回路内の抵抗と並列に接続した
高速スイッチ素子に与え、高速スイッチ素子にて分圧帰
還回路の分圧比の可変が可能となり、電流制御アンプの
ゲインをほぼ一定に保つことができる。その結果、適切
でしかも安定な電流制御ができるという優れた効果を奏
する。
【図面の簡単な説明】
【図1】本考案の一実施例である電流制御アンプの回路
図。
【図2】図1の電流制御アンプ内の高速スイッチ素子を
制御するゲート制御回路の入出力特性図であり、同図
(a)は高速スイッチ素子のオン,オフする場合の入出
力特性図、同図(b)は高速スイッチ素子が全オン、オ
ンデューティ制御、全オフする場合の入出力特性図。
【図3】従来の交流電動機の制御装置の回路図。
【図4】図3の電流制御アンプの回路図。
【符号の説明】
1…交流電源、2…整流回路、3…PWMインバータ、
4…交流電動機、5…速度センサー、6…電流検出器、
7…速度制御部、8,8A…電流制御アンプ、9…三角
波発振器、10…PWM回路、20…ゲート制御回路、
SW…高速スイッチ素子。

Claims (1)

    (57)【実用新案登録請求の範囲】
  1. 【請求項1】 交流電動機に流れる電流を電流検出器
    検出しこの検出信号と、前記交流電動機の電流指令信
    号とから前記交流電動機に流す交流電流を演算する電流
    制御手段を有し、この電流制御手段の出力信号でPWM
    回路およびPWMインバータを介して前記交流電動機を
    制御する交流電動機の制御装置において、前記電流制御
    手段は、前記電流検出器で検出した検出信号と前記電流
    指令信号とを比較増幅し、前記PWM回路へ比較増幅信
    号を出力する演算増幅器と、前記演算増幅器の入力抵抗
    と前記演算増幅器の帰還回路を構成するコンデンサと抵
    抗とからなる比例積分回路と、直列接続した複数の抵抗
    からなり前記演算増幅器の出力側に接続して前記帰還回
    路のゲインを設定する分圧帰還回路と、前記分圧帰還回
    路の一部の抵抗と並列接続され、抵抗間を電気的にオン
    ・オフする高速スイッチ素子とからなり、前記高速スイ
    ッチ素子を前記交流電動機の回転数に応じてオン・オフ
    制御するゲート制御回路で制御することを特徴とする交
    流電動機の制御装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JPS62230107A (ja) * 1986-03-31 1987-10-08 Toshiba Corp プログラマブルゲインコントロ−ルアンプ
JPS633679A (ja) * 1986-06-24 1988-01-08 Mitsubishi Electric Corp インバ−タ装置
JPH04101296U (ja) * 1991-02-05 1992-09-01 横河電機株式会社 サ―ボモ―タの電流制御回路

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