JP3236318B2 - 直流電動機の運転制御装置 - Google Patents
直流電動機の運転制御装置Info
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Description
を用いた回転数制御において、その切り換え時に発生す
る還流電流を除去した直流電動機の運転制御装置に関す
る。
回転数制御の容易性から、その応用範囲が広がってきて
いる。
ついて説明する。直流電動機の回転数を制御するため
に、たとえば特開昭51−28610号公報に示される
ような方法がある。これはインバータ回路の片側の半導
体スイッチを、駆動周波数より高いチョッピング周波数
でオン/オフ制御(以下PWM制御と呼ぶ)するもので
ある。この方法ではインバータ回路の全半導体スイッチ
がオフする瞬間があり、このときの巻線のエネルギーは
還流電流として整流回路の平滑コンデンサに逆流してい
た。
く説明する。図7は従来の直流電動機の運転制御装置の
動作の模式図である。
6fがオンしており、実線と矢印に示すような経路で直
流電源Eから電流が供給されている。次に図7(b)で
PWM制御により6fがオフすると6cと並列に入って
いるダイオードの働きにより実線に示すような閉ループ
が構成され電流が流れ続ける。
フになると全トランジスタがオフになった状態になる。
このとき閉ループは構成されず巻線に蓄えられたエネル
ギーは実線と矢印に示すような経路で直流電源Eに還流
電流として逆流してしまう。
特開昭63−234893号公報に示されるような改善
がなされている。これは転流動作による切り換えのタイ
ミングに制限を加え、PWM制御によって他方アームの
半導体スイッチがオンしているときにのみ切り換えるよ
うにすることにより、全半導体スイッチがオフするのを
防止し、還流電流をなくすようにしたものであった。
うな従来の構成では、次に示すような問題があった。
るが、PWM制御のチョッピング周波数と直流電動機の
回転数により転流のズレが非常に大きくなる事があり、
電流増加・効率ダウンしてしまい、最悪の場合は脱調を
起こしてしまい、直流電動機が停止してしまう。
000r/minで回転しており、PWM制御のチョッ
ピング周波数が2kHzである場合、各相への転流範囲
において平均3.3回(2kHz÷200Hz÷3)の
オン/オフ制御がなされている。この場合オフになった
瞬間に切り換えがされると最大約30度の位相遅れが生
じてしまう事になる。この位相遅れの影響により、上記
のような問題点が発生する。
で、電流増加・効率ダウンなどの特性劣化を起こさず、
かつ還流電流を効果的に防止できる直流電動機の運転制
御装置を提供することを目的とする。
に本発明の直流電動機の運転制御装置は、直流電動機の
回転子の位置を検出する位置検出回路の出力を元にイン
バータ回路の半導体スイッチング素子の動作を決定する
転流回路と、直流電動機の回転数を可変にするためのチ
ョッピングを行うための信号を発生するチョッピング信
号発生回路と、転流回路の第1の出力とチョッピング信
号発生回路の出力とを合成しインバータ回路の片側アー
ムの半導体スイッチをオン/オフさせる第1ドライブ回
路と、転流回路の第2の出力のオンからオフにする信号
を一定時間遅延させるオフ遅延回路と、オフ遅延回路の
出力によりインバータ回路の他方アームの半導体スイッ
チをオン/オフさせる第2ドライブ回路という構成を有
している。
ームの半導体スイッチがオフする動作を一定時間遅延さ
せ、その間に他の半導体スイッチがオンするようにする
事により、全ての半導体スイッチがオフになる状態を回
避し、還流電流を防止するようにしたものである。また
このとき一定時間は半導体スイッチが2個同時にオンし
ているが、短時間であるために特性への影響はない。こ
のように本発明によると、その特性に影響を与える事な
く、還流電流を防止する事ができる。
て、図面を参照しながら説明する。
電動機の運転制御装置のブロック図である。
交流電源1の交流電圧を直流電圧に変換する整流回路で
あり、ダイオード3a〜3dがブリッジ接続され、その
出力に平滑コンデンサ4が接続されている。
チ(本実施例ではトランジスタ)6a〜6fが3相ブリ
ッジ接続されており、かつ各々のトランジスタに並列・
逆方向でダイオード7a〜7fが接続されている。
の出力により駆動される。9は直流電動機8の回転子
(図示せず)の回転位置を検出するための位置検出回路
であり、本実施例では直流電動機の逆起電圧から位置を
検出する方式としている。
タ回路5の半導体スイッチ6a〜6fを転流させる信号
をつくりだす転流回路である。11は直流電動機8の回
転数を可変にするためのPWM制御を行うための信号を
発生するチョッピング信号発生回路であり、一定周波数
でオン/オフ比率の異なる波形を作り出す。
ムの半導体スイッチ6d〜6fを転流する信号(第1の
出力Sx、Sy、Szとする)とチョッピング信号発生
回路11の出力ScとのAND条件で半導体スイッチ6
d〜6fを動作させる第1ドライブ回路である。
ムの半導体スイッチ6a〜6cを転流する信号(第2の
出力Su、Sv、Swとする)のオフ時の信号を一定時
間遅延させるオフ遅延回路である。14はオフ遅延回路
13の出力で半導体スイッチ6a〜6cを動作させる第
2ドライブ回路である。
制御装置について、図2、図3を用いてその動作を説明
する。
けるタイミングチャートである。位置検出回路9の出力
S1、S2、S3とチョッピング信号発生回路11の出
力Scにより半導体スイッチ6a〜6fをオン/オフ制
御する。その論理式は次の通りである。
(td)遅延され、半導体スイッチ6a〜6cを制御す
る。また各信号Sx、Sy、Szはそのまま半導体スイ
ッチ6d〜6fを制御する。
イッチはオフされるときに一定時間遅延するために時間
tdの区間においては3個の半導体スイッチのうち2個
が必ずオンとなっている。この区間により全ての半導体
スイッチがオフになる事を防止し、還流電流を防止でき
る。
する。図3は本発明の第1の実施例における直流電動機
の運転制御装置の動作の模式図である。
6fがオンしており、実線と矢印に示すような経路で直
流電源Eから電流が供給されている。次に図3(b)で
PWM制御により6fがオフすると6cと並列に入って
いるダイオードの働きにより実線に示すような閉ループ
が構成され電流が流れ続ける。
ンになるが遅延動作により6aはまだオンしたままであ
る。このとき実線に示す電流が流れる。次に図3(d)
で遅延動作が終了して6aがオフとなるが、このときは
すでに6bがオンされており実線に示すような閉ループ
で電流が流れる。図3(e)では、6fが再びオンし、
元の状態に戻る。
いては全ての半導体スイッチがオフになった状態になる
事はなく、常に閉ループは構成されているので還流電流
は発生しない。
機8の回転子の位置を検出する位置検出回路9の出力を
元にインバータ回路5の半導体スイッチング素子6a〜
6fの動作を決定する転流回路10と、直流電動機8の
回転数を可変にするためのチョッピングを行うための信
号を発生するチョッピング信号発生回路11と、転流回
路10の第1の出力Sx、Sy、Szとチョッピング信
号発生回路11の出力Scとを合成しインバータ回路5
の片側アームの半導体スイッチ6d〜6fをオン/オフ
させる第1ドライブ回路12と、転流回路10の第2の
出力Su、Sv、Swのオンからオフにする信号を一定
時間遅延させるオフ遅延回路13と、オフ遅延回路13
の出力によりインバータ回路5の他方アームの半導体ス
イッチ6a〜6cをオン/オフさせる第2ドライブ回路
14とを設ける事により、全ての半導体スイッチがオフ
になる状態を防止し、平滑コンデンサ4に逆流する還流
電流を防止でき、平滑コンデンサ4を小型化できるとと
もに、信頼性も向上する。また、オンするタイミングは
全くずれないために、直流電動機の特性にも全く影響を
与えない。
ついて図面を参照しながら説明する。
電動機の運転制御装置のブロック図である。
路、3a〜3dはダイオード、4は平滑コンデンサ、7
a〜7fはダイオード、8は直流電動機、9は位置検出
回路、10は転流回路、11はチョッピング信号発生回
路、12は第1ドライブ回路で、以上は図1と構成は同
じものである。
なり、上アームの半導体スイッチ21a〜21cに低速
半導体スイッチ(実施例ではトランジスタ)を用い、下
アームの半導体スイッチ21d〜21fに高速半導体ス
イッチ(実施例ではMOSFET)を用いている。
異なり、転流回路10の第2の出力をオフ遅延無しで動
作させている。
あり、半導体スイッチ21aの第3ドライブ回路を示
す。
体スイッチ21aのコレクタ・ベースに各々エミッタ・
コレクタが接続されている。24は抵抗でトランジスタ
23のエミッタ・ベース間に取り付けられている。25
は抵抗で一端をトランジスタ23のベースに、他端はト
ランジスタ26のコレクタに接続されている。トランジ
スタ26のベースに入力される信号により半導体スイッ
チ21aがオン/オフ制御される。
ライブ回路においてはトランジスタの高速動作を目指す
ために、オフするときにベースの電位をマイナス側に引
くが、ここではそれは行わない。これは後で説明をする
が、トランジスタの持つ特性のうちスイッチング特性の
蓄積時間を積極的に使おうとするものである。
1cについても、同様の回路で構成されている。
制御装置について、以下のその動作のついて説明する。
で上アームの低速半導体スイッチ21a〜21cへの転
流信号Su、Sv、Swを生成する。また同時に下アー
ムの高速半導体スイッチ21d〜21fへの転流信号S
x、Sy、Szを生成する。
で説明したのと同様チョッピング信号発生回路11の出
力Scと転流回路の第1の出力Sx、Sy、Szとを合
成して高速半導体スイッチ21d〜21fまでをオン/
オフさせる。
2の出力Su、Sv、Swをそのまま出力し、低速半導
体スイッチ21a〜21cをオン/オフさせる。
る。図6は第2の実施例におけるタイミングチャートで
ある。
オフになるタイミングでSvがオンする。ところが実際
の半導体スイッチの動作はSvに対応する低速半導体ス
イッチ21bは直ちにオンするが、Suに対応する低速
半導体スイッチ21aは一定時間(tstg)遅延の
後、オフする事になる。
前述のようにベースをマイナス側に引かないためであっ
て、低速半導体スイッチ21aのベースに蓄積された電
荷が放出されるまでオフしない特性を積極的に利用した
ものである。
明した通り、全ての半導体スイッチがオフになる状態を
回避でき、平滑コンデンサ4に逆流する還流電流を防止
する事ができる。
ッチ21a〜21f及びダイオード7a〜7fをブリッ
ジ結線するとともに片側アームには高速動作する高速半
導体スイッチ21d〜21f・他方アームには低速動作
する低速半導体スイッチ21a〜21cを用いたインバ
ータ回路20と、位置検出回路9の出力を元にインバー
タ回路20の半導体スイッチの動作を決定する転流回路
10と、直流電動機8の回転数を可変にするためのチョ
ッピングを行うための信号を発生するチョッピング信号
発生回路11と、転流回路10の第1の出力Sx、S
y、Szとチョッピング信号発生回路11の出力Scと
の合成信号によりインバータ回路20の片側アームの高
速半導体スイッチ21d〜21fをオン/オフさせる第
1ドライブ回路12と、転流回路10の第2の出力S
u、Sv、Swによりインバータ回路20の他方アーム
の低速半導体スイッチ21a〜21cをオン/オフさせ
る第3ドライブ回路22とを設ける事により、非常に容
易な構成で半導体スイッチの特性をうまく活用し、還流
電流を防止でき、平滑コンデンサ4の小型化、信頼性の
向上が達成できる。
が非常に容易である事から回路自体が小型化でき、かつ
低コスト化が可能である。また下アームに高速半導体ス
イッチを利用しているので、チョッピング周波数を高く
する事ができ、たとえば20kHzとする事により、人
間にはそのチョッピング時に発生する不快な音を取り除
く事ができる。このとき上アームは低速半導体スイッチ
のままでよい。すなわちコストアップを伴う事なく、低
騒音化ができる事になる。
転子の位置を検出する位置検出回路の出力を元にインバ
ータ回路の半導体スイッチング素子の動作を決定する転
流回路と、直流電動機の回転数を可変にするためのチョ
ッピングを行うための信号を発生するチョッピング信号
発生回路と、転流回路の第1の出力とチョッピング信号
発生回路の出力とを合成しインバータ回路の片側アーム
の半導体スイッチをオン/オフさせる第1ドライブ回路
と、転流回路の第2の出力のオンからオフにする信号を
一定時間遅延させるオフ遅延回路と、オフ遅延回路の出
力によりインバータ回路の他方アームの半導体スイッチ
をオン/オフさせる第2ドライブ回路とを設ける事によ
り、オフ遅延回路により他方アームの半導体スイッチが
オフする動作を一定時間遅延させ、その間に他の半導体
スイッチがオンするようにする事により、全ての半導体
スイッチがオフになる状態を回避し、還流電流を防止す
るようにしたものである。またこのとき一定時間は半導
体スイッチが2個同時にオンしているが、短時間である
ために特性への影響はない。このように本発明による
と、その特性に影響を与える事なく、還流電流を防止す
る事ができるため、平滑コンデンサの小型化ができるば
かりでなく、信頼性が向上するができる優れた直流電動
機の運転制御装置を実現できるものである。
スイッチ及びダイオードをブリッジ結線するとともに片
側アームには高速動作する高速半導体スイッチ・他方ア
ームには低速動作する低速半導体スイッチを用いたイン
バータ回路と、転流回路の第1の出力により前記インバ
ータ回路の片側アームの高速半導体スイッチをオン/オ
フさせる第1ドライブ回路と、前記転流回路の第2の出
力により前記インバータ回路の他方アームの低速半導体
スイッチをオン/オフさせる第3ドライブ回路とを設け
る事により、小型化・低コスト化が可能で、かつ還流電
流を防止できる直流電動機の運転制御装置が実現できる
ものである。
転制御装置のブロック図
ングチャート
転制御装置の動作の模式図 (a)は半導体スイッチのうち6aと6fがオンした場
合の模式図 (b)はPWM制御により6fがオフした場合の模式図 (c)は転流動作により6bがオンになった場合の模式
図 (d)は遅延動作が終了して6aがオフとなった場合の
模式図 (e)は6fが再びオンした場合の模式図
転制御装置のブロック図
図 (a)は半導体スイッチのうち6aと6fがオンした場
合の模式図 (b)でPWM制御により6fがオフした場合の模式図 (c)で転流動作により6aがオフした場合の模式図
Claims (2)
- 【請求項1】交流入力を直流に変換する整流回路と、6
個の半導体スイッチ及びダイオードをブリッジ結線した
インバータ回路と、前記インバータ回路により動作する
3相の直流電動機と、直流電動機の回転子の位置を検出
する位置検出回路と、前記位置検出回路の出力を元に前
記インバータ回路の半導体スイッチを電気角で120度
ずつ通電し前記インバータ回路の上または下アームの一
方の転流信号である第1の出力と前記インバータ回路の
上または下アームの他方の転流信号である第2の出力を
発生する転流回路と、前記直流電動機の回転数を可変に
するために一定周波数でオン/オフ比率の異なる波形を
作り出すチョッピング信号発生回路と、前記転流回路の
第1の出力と前記チョッピング信号発生回路の出力とを
合成し半導体スイッチをオン/オフさせる第1ドライブ
回路と、前記転流回路の第2の出力のオンからオフにす
る信号を一定時間遅延させるオフ遅延回路と、前記オフ
遅延回路の出力で半導体スイッチをオン/オフさせる第
2ドライブ回路とを備え、前記第1ドライブ回路は前記
インバータの上または下アームのいずれか一方の半導体
スイッチをオン/オフさせ、前記第2ドライブ回路は前
記インバータ回路の上または下アームのいずれか他方の
アームの半導体スイッチをオン/オフすることにより他
方のアームの半導体スイッチが切り替わる際に2個の半
導体スイッチが一定時間同時にオンするようにした直流
電動機の運転制御装置。 - 【請求項2】交流入力を直流に変換する整流回路と、6
個の半導体スイッチ及びダイオードをブリッジ結線する
とともに上または下アームのいずれか一方の片側アーム
には高速動作する高速半導体スイッチ・他方アームには
低速動作する低速半導体スイッチを用いたインバータ回
路と、前記インバータ回路により動作する3相の直流電
動機と、直流電動機の回転子の位置を検出する位置検出
回路と、前記位置検出回路の出力を元に前記インバータ
回路の半導体スイッチを電気角で120度ずつ通電し前
記インバータ回路の上または下アームの一方の転流信号
である第1の出力と前記インバータ回路の上または下ア
ームの他方の転流信号である第2の出力を発生する転流
回路と、前記直流電動機の回転数を可変に一定周波数で
オン/オフ比率の異なる波形を作り出すチョッピング信
号発生回路と、前記転流回路の第1の出力と前記チョッ
ピング信号発生回路の出力とを合成し半導体スイッチを
オン/オフさせる第1ドライブ回路と、前記転流回路の
第2の出力により半導体スイッチをオン/オフさせる第
3ドライブ回路とを備え、前記第1ドライブ回路は前記
インバータの上または下アームのいずれか一方の高速半
導体スイッチをオン/オフさせ、前記第3ドライブ回路
は前記インバータ回路の上または下アームのいずれか他
方のアームの低速半導体スイッチをオン/オフすること
により低速半導体スイッチが切り替わる際に2個の低速
半導体スイッチが一定時間同時にオンするようにした直
流電動機の運転制御装置。
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23600491A JP3236318B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 直流電動機の運転制御装置 |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP23600491A JP3236318B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 直流電動機の運転制御装置 |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH0583984A JPH0583984A (ja) | 1993-04-02 |
JP3236318B2 true JP3236318B2 (ja) | 2001-12-10 |
Family
ID=16994368
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP23600491A Expired - Fee Related JP3236318B2 (ja) | 1991-09-17 | 1991-09-17 | 直流電動機の運転制御装置 |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JP3236318B2 (ja) |
Families Citing this family (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP2013223393A (ja) | 2012-04-19 | 2013-10-28 | Sumitomo Electric Ind Ltd | 電力変換回路 |
-
1991
- 1991-09-17 JP JP23600491A patent/JP3236318B2/ja not_active Expired - Fee Related
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---|---|
JPH0583984A (ja) | 1993-04-02 |
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