CN1044629C

CN1044629C - 缝纫机用的电机驱动装置

Info

Publication number: CN1044629C
Application number: CN94120485A
Authority: CN
Inventors: 清水久弘; 宅岛正光; 门出刚
Original assignee: Juki Corp
Current assignee: Juki Corp
Priority date: 1993-12-28
Filing date: 1994-12-28
Publication date: 1999-08-11
Anticipated expiration: 2014-12-28
Also published as: CN1124796A; KR950018800A; JPH07194167A

Abstract

一种缝纫机用的电机驱动装置，它能在电源电压变动时，使电机的驱动电压不变，把电机转矩变动抑制到最小，不使电机过激磁，能确实地防止电机发热，并能做到输入电源电压通用化。这种缝纫机电机驱动装置是把来自逆变部11的驱动电压供到驱动缝纫机的感应电机2中，其特征是上述逆变部11被做成能自由可变地控制上述驱动电压的频率与电压值，并设置着把供给上述逆变部11的直流母线电压适当地保持的上述驱动用电压作为信息加以检测的电压检测部13。

Description

缝纫机用的电机驱动装置

本发明涉及一种控制缝纫机驱动源的感应电机动作的缝纫机用的电机驱动装置。

图4示出了一个过去的能较好应用缝纫机用的电机驱动装置的例子的缝纫机整体结构，图中1是缝纫机本体，由感应电机构成的电机2通过皮带4进行动力传送。检测缝纫机速度与位置的速度、位置检测器3被安装在缝纫机本体1的主轴的一端上，把速度、位置信号反馈给缝纫机控制部5和电机驱动装置6的电机控制部7。

将电源分别供到缝纫机控制部5、电机控制部7和整流部8。上述缝纫机控制部5依据从脚踏开关、面板输入等外部输入的缝纫机运转指令向缝纫机本体1发出驱动线圈等的缝纫机驱动信号，并在确认电机2的各种状态信号的同时向电机控制部7发出转动/停止信号及速度信号。

电机驱动装置6由电机控制部7、晶体管驱动部9、交流变成直流的整流部8、滤波部10及将直流变成交流、并向电机2输出驱动电压的逆变部11构成。电机控制部7接受来自缝纫机控制部5的转动/停止信号、速度信号，并在确认来自速度、位置检测器3的速度、位置信号的同时，把缝纫机控制成转动、停止、加速、减速、等速的各种运行模式地形成将晶体管的开、关占空比加以调制了的脉宽调制信号输出给晶体管驱动部9。在晶体管驱动部9中又依据来自电机控制部7的脉宽调制信号将能实际驱动晶体管的电力进行变换，并供给逆变部11的晶体管。

另一方面，如下所述地对电机2供给电力。首先，在整流部8中把电源供给的交流变成直流，经滤波部10滤波后供到逆变部11。在此逆变部11根据来自上述晶体管驱动部9的信号进行转换，把直流变成交流、并将其作为驱动电压供给电机2。

一般，在由逆变器控制的电机2中是采用把v(逆变器输出电压、电机的一次电压)与f(逆变器输出频率、电机的一次频率)之比取成常数的v/f常量控制。

图5是电机2的一相的等效电路。

这里是用下式求得电机输出转矩T的。

I_{2} = \frac{E}{r_{2} + {(1 - s) / s} \cdot r_{2}} = \frac{E}{r_{2}} \cdot \frac{f_{3}}{f_{1}}

T = \frac{K \cdot {(I_{2})}^{2} \cdot ((1 - s) / s) \cdot r_{2}}{f_{1}}

= \frac{k}{r_{2}} \cdot {(E / f_{1})}^{2} \cdot f_{s} \cdot \frac{(f_{1} - f_{3})}{f_{1}}

f₃＜＜f₁时

T = \frac{k}{r_{2}} \cdot {(E / f_{1})}^{2} \cdot f_{s} - - - (1)

式中，f₁是电机一次频率，f₂是转差频率，k是由相数、极数与角速度求出的常数。

由上可知，由于E/f₁=常数，转矩T则与f₃成正比。

然而，由于实际上不能直接控制E，因而，只能把E与V当作大致相等地进行v/f常量控制。

可是，E=v-(r₁+ωl₁)l₁

在低频范围或重载时，由r₁、l₁产生的一次阻抗引起的压降不能忽略，由于会造成转矩下降，故在低频范围中，如图6中用虚线所示地设定较高的预置电压，而在断线等重载时则如图7中虚线所示地暂时将v/f值转换，以防止由于转扭下降而造成缝纫机卡住。

然而，在过去的缝纫机用的驱动装置6中，由于没考虑从滤波部10输出并供给逆变部11的直流母线电压的变动，故在，例如使电源电压降低时，必然引起逆变部11的输出电压v也降低。从上面式(1)可以看出，由于输出转矩与E²(V²)成正比，因而电机2转矩会大幅度下降，甚至达到缝纫机卡住状态。相反地，当电源电压上升时，会产生电机过激磁使电机2发热的问题。

上述的直流母线电压的变动现象，不仅发生在电源电压变动时，而且在电机2输出功率地运转而进行任何工作的牵引运行时与借助惯性使电机运转的再生状态时均会产生直流母线电压变动，随之而来使转矩也发生变动，这会对缝纫机的缝制工作产生巨大的影响。

此外，缝纫机在世界各地被使用着，由于发货地不同所使用的电源电压不同，因而必须根据发货地的不同进行分接抽头的转换，改变内部常数设定等繁杂的作业。

本发明是为了解决这些问题而作出的，其目的是提供一种缝纫机用的电机驱动装置，即使当电源电压变动，由于电机牵引运行、再生工况状态不同而产生直流母线电压变动时也能使电机驱动用的电压不变动，可抑制电机的转矩变动，电机不发生过激磁，从而能可靠地防止电机发热，并使输入电源电压通用化。

为了达到上述目的，本发明的缝纫机用的电机驱动装置是把来自逆变器的驱动电压供至缝纫机驱动感应电机中的缝纫机用电机驱动装置，其特征在于：上述逆变部能自由可变地形成控制上述驱动电压的频率与电压值，设有把供给上述逆变器的直流母线电压作为适当地保持上述驱动用电压的信息而输出的电压检出器。

此外，权利要求2的特征是在权利要求1中所述的缝纫机用电机驱动装置中，其逆变部依据电压检出部检出的直流母线电压可运用自如地形成输出能补偿电源变动的驱动电压，补偿感应电机的牵引运行与再生工况状态的直流母线电压变动的驱动电压及自动对电源规格进行修正的驱动用电压。

由于本发明的电压检出部不断地检出供给逆变部的直流母线电压、逆变部相应于所检出的直流母线电压供给感应电机以适宜的驱动电压、故即便由于电源电压变动、由电机牵引运行、再生工况状态不同而产生直流母线电压变化时也能使电机驱动电压不变，抑制电机扭矩的变化、不产生电机的过激磁，确实防止电机发热，而且可望达到输入电源电压通用化。

图1是表示适合使用本发明的缝纫机用的电机驱动装置的一个实施例的缝纫机整体结构的方框图，

图2是表示电机控制部的一个例子的方框图，

图3是表示电压控测部的一实施例的方框图，

图4是过去的适合使用缝纫机用的电机驱动装置的和图1类似的图，

图5是电机的一组等效电路，

图6是表示过去的低频增压功能的V/F特性图，

图7是表示过去的重载时增压功能的V/F特性图。

下面，用图1至图3来说明本发明的实施例。

图1表示本发明的一个实施例，与现有技术例子的相同部分用相同的符号，其说明从略。

在本实施例中，在滤波部10与逆变部11之间，设置检测作为滤波部10的输出与逆变部11的输入的直流母线电压值并向电机控制部7进行输出的电压检测器13，从而形成缝纫机用的电机驱动装置12，其它的均与现有技术相同。

上述电机控制部7依据来自缝纫机控制部5的转动/停止信号与速度信号，及来自速度位置检测器3的速度信号，先算出驱动逆变部11与晶体管驱动部9所需要的脉宽调制信号。然后，相应于此结果，依据新设置的电压检测部13得到的直流母线电压值，对由于电源电压规格、电源电压变动、牵引运行、再生运行等因素引起的直流母线电压变动造成的v/f值变动所需的补偿进行补偿和补正，向晶体管驱动部9发出脉宽调制信号。在晶体管驱动部9中把脉宽调制信号变换成实际的能驱动晶体管的信号，并输出给逆变部11。

下面，用图2对电机控制部7的脉宽调制信号生成与本实施例的作用加以说明。

当电机控制部7由外部输入的转动指令而使开关14闭合时，把频率指令(=速度指令)f₃输入到加减速曲线运算部15、决定加减速并把频率指令f_b输出到转差频率限制器16中。在此转差频率限制器16中，根据缝纫机本体1上所安装的速度、位置检测器3所反馈的缝纫机速度信号f_m与现在速度指令频率f_o之差所决定的转差频率f_s及上述频率指令f_o，经限制器使电机2不超过停转转矩(对应于供给电机2的频数所能产生的极限转矩)地输出最后指令频率f_o。

这里，把f_o作为现在指令频率处理，被反馈到加减速曲线运算部15中再度进行运算、以确定出下一个指定频率f_b。

反复进行上述运算，直到fa=f_o，以此进行缝纫机的速度控制。

另一方面，首先在接收频率f。的V/F运算部17中对应于该频率f_o的某一设定的V/F图型或考虑了因一次阻抗而造成电压下降程度的V/F图型进行运算，把电压值为Va的指令电压输出给输出电压运算部18。此电压值Va在输出电压运算部18中、对因直流母线电压变动引起的V/F值变动进行必要的补偿，根据电压检测部13输出的直流母线电压值Vm进行补正，把作为最终的指令电压V。输出给脉宽调制运算部19。

此脉宽调制运算部19把根据输入的频率f_o及电压V_o进行脉宽调制运算而得出的合适的脉宽调制信号输出给晶体管驱动部9。借此可最佳地变速驱动缝纫机。

可以用例如进行电压/频率转换地进行直流母线电压的检测，也可以用电压/电压变换，电压/脉冲幅度变换，A-D变换装置作为上述电压检测部13。

在这些中间，用图3来说明电压/频率变换形式的电压检测部13。首先，用分压电阻R₁、R₂对直流母线电压进行分压，分压电压V₂输入比较器20。另外，由恒流电路21对经复位开关22连接在恒流电路21上的电容C₁与电阻R₃中的电容C₁进行充电。此时，逐渐上升的电容C₁的充电电压V₁就成为上述比较器20的另一输入。这样就从比较器20把例如V₂-V₁的值输出给单稳多谐振荡器23。此单稳多谐振荡器23在电压V₁及V₂形成规定的关系时例如在V₁＞V₂时，输出一个脉冲同时将复位开关22复位。这样本实施例的电压检测部13对单稳多谐振荡器23输出的脉冲频率进行变换就能检测直流母线电压。

本实施例中，由于电压检测部13不断地检测出供给逆变部11的直流母线电压，逆变部11根据被检测的直流母线电压把适宜的驱动用电压供给电机2，因而即使由于电源电压变动、电机2牵引运行、再生运行等引起直流母线电压变动时，电机2的驱动电压也不变，能抑制电机2转矩的变动，电机2不会发生过激励，能确实防止电机2发热，还可望达到输入电源电压通用化。

此外，在上述实施例中，虽然是对脉宽调制方式的逆变装置作了说明，但对可变电压、可变频率方式的逆变装置可进行同样的控制，取得同样的效果。

在图1中缝纫机本体1是用皮带4借助电机2而获得动力的，但也可做成齿轮，连杆或由电机直接得到驱动的。而且，缝纫机及电机的控制与运算也可采用硬件构成或使用微机等。

本发明不局限于上述实施例，可根据需要作相应的变更。

这样构成的本发明的缝纫机用的电机驱动装置在动作时可得到下述效果：

(1)即使有电源电压变动、电机牵引运行、再生运行等造成的直流母线电压变动，也不会引起逆变部向电机输出的驱动电压的变动，能把缝纫机的电动转矩变动抑制到最小。

(2)不会随直流母线电压的上升所造成的过激磁而不运转，能抑制电机发热，从而可得到可靠性和安全性均很好的装置。

(3)不必因电源电压规格不同而转换电源抽头，能使用通用的设定值不用变更的输入电源电压。

Claims

1．一种缝纫机用的电机驱动装置，它是把来自逆变部的驱动电压加到驱动缝纫机的感应电机中的，其特征在于：

上述逆变部被做成能自由可变地控制上述驱动电压的频率与电压值，并设置着把供给上述逆变部的直流母线电压适当地保持的上述驱动用电压作为信息加以检测的电压检测部。

2．如权利要求1所述的缝纫机用电机驱动装置，其特征在于：

逆变部被做成能依据电压检测部检测的直流母线电压自由地输出对电源变动作过补偿的驱动电压，对感应电机的牵引运行与再生运行时和直流母线电压变动作过补偿的驱动电压，及对电源规格自动地进行补正过的驱动电压。