JP2001258291A - Motor driver - Google Patents
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Abstract
Description
【０００１】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、交流電源により直
流電動機を駆動する直流電動機の駆動装置等に係り、特
に、スイッチング素子のスイッチング動作をパルス幅変
調により制御する直流電動機の駆動装置等に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a DC motor driving apparatus for driving a DC motor by an AC power supply, and more particularly to a DC motor driving apparatus for controlling a switching operation of a switching element by pulse width modulation.
【０００２】[0002]
【従来の技術】交流電源により直流電動機を駆動する従
来の技術として、特開平7−322622 号公報には、スイッ
チング素子としてサイリスタを用いた電力変換装置が記
載されている。2. Description of the Related Art As a conventional technique for driving a DC motor with an AC power supply, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-322622 discloses a power converter using a thyristor as a switching element.
【０００３】また、スイッチング素子をパルス幅変調方
式でスイッチングして直流出力電圧を制御する従来の技
術として、特開平7-245957号公報には、直流出力電圧を
インバータ装置に与え、交流電動機を駆動するＰＷＭコ
ンバータ装置が記載されている。As a conventional technique for controlling a DC output voltage by switching a switching element by a pulse width modulation method, Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-245957 discloses a technique in which a DC output voltage is supplied to an inverter device to drive an AC motor. A PWM converter device is described.
【０００４】[0004]
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、特開平
7−322622号公報に記載された電力変換装置では、スイ
ッチング素子としてサイリスタを用いているため、回生
運転をすることができない。SUMMARY OF THE INVENTION
In the power converter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 7-322622, regenerative operation cannot be performed because a thyristor is used as a switching element.
【０００５】一方、特開平7−245957号公報に記載され
たＰＷＭコンバータ装置では、スイッチング素子にダイ
オードを用いているため、交流電源の交流電圧よりも低
い直流出力電圧を得ることができない。On the other hand, in the PWM converter described in Japanese Patent Application Laid-Open No. Hei 7-245957, since a diode is used for the switching element, a DC output voltage lower than the AC voltage of the AC power supply cannot be obtained.
【０００６】本発明の目的は、力行運転並びに回生運
転、及び直流電動機の低回転運転又は低トルク運転を行
うことができる利用範囲の広い電動機駆動装置等を得る
ことである。SUMMARY OF THE INVENTION An object of the present invention is to provide a motor drive device and the like which can be used for powering operation, regenerative operation, and low-speed operation or low-torque operation of a DC motor with a wide range of use.
【０００７】[0007]
【課題を解決するための手段】本発明は、直流電動機の
電機子巻線の一端に接続されるコンバータ回路と、前記
直流電動機の電機子巻線の他端に接続される直流電源と
を備える。この発明で解決しようとしている問題点と発
明の目的を記述する。The present invention comprises a converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor, and a DC power supply connected to the other end of the armature winding of the DC motor. . The problems to be solved by the present invention and the object of the invention will be described.
【０００８】[0008]
【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を説明
する。Embodiments of the present invention will be described below.
【０００９】交流電源を用いて直流電動機に流れる直流
電流を制御するには、直流電動機の誘起電圧ＥＭＦ分と
直流電流の制御に必要な差分電圧ＶＤＣＭ分を発生させ
る駆動電源装置が必要になる。差分電圧ＶＤＣＭを、３
相コンバータ回路のパルス幅変調制御（ＰＷＭ制御）に
より、コンバータ回路の直流出力電圧を可変させて発生
する。In order to control a DC current flowing through a DC motor using an AC power supply, a drive power supply device for generating an induced voltage EMF of the DC motor and a differential voltage VDCM required for controlling the DC current is required. The difference voltage VDCM is 3
It is generated by varying the DC output voltage of the converter circuit by pulse width modulation control (PWM control) of the phase converter circuit.
【００１０】そこで、本発明の実施の形態の電動機駆動
装置は、例えば、直流電動機の電機子巻線の一端に接続
されかつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記
直流電動機の電機子巻線の他端に接続される直流電源と
を備える。Therefore, a motor driving device according to an embodiment of the present invention includes, for example, a converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC, and an armature winding of the DC motor. And a DC power source connected to the other end.
【００１１】また、本発明の実施の形態の電動機駆動装
置は、例えば、直流電動機の電機子巻線の一端に接続さ
れかつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記直
流電動機の電機子巻線の他端に接続される直流電源と、
パルス幅変調により前記コンバータ回路内のスイッチン
グ素子を動作させて前記直流電動機に流れる直流電流を
制御するコンバータ制御器を備える。The motor driving apparatus according to the embodiment of the present invention includes, for example, a converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC, and an armature winding of the DC motor. A DC power supply connected to the other end of the
A converter controller that controls a DC current flowing through the DC motor by operating a switching element in the converter circuit by pulse width modulation.
【００１２】また、本発明の実施の形態の電動機駆動装
置は、例えば、直流電動機の電機子巻線の一端に接続さ
れかつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記直
流電動機の電機子巻線の他端に接続されかつ前記コンバ
ータ回路の交流側電圧よりも大きい電圧を出力する直流
電源と、前記コンバータ回路の直流側電圧と前記直流電
源の出力電圧との差分電圧を制御するコンバータ制御器
とを備える。Further, the motor driving device according to the embodiment of the present invention includes, for example, a converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC, and an armature winding of the DC motor. A DC power supply connected to the other end of the converter circuit and outputting a voltage larger than the AC side voltage of the converter circuit, and a converter controller for controlling a differential voltage between the DC side voltage of the converter circuit and the output voltage of the DC power supply. Is provided.
【００１３】また、本発明の実施の形態の電動機駆動方
法は、例えば、直流電動機の一端に接続されたコンバー
タ回路の直流出力側の電圧と前記直流電動機の他端に接
続された直流電源の電圧との差分電圧を変化させて、前
記直流電動機のトルク又は回転数の少なくとも１つを制
御する。Further, the motor driving method according to the embodiment of the present invention may be arranged such that, for example, a voltage of a DC output side of a converter circuit connected to one end of the DC motor and a voltage of a DC power supply connected to the other end of the DC motor are provided. To control at least one of the torque and the number of revolutions of the DC motor.
【００１４】また、本発明の実施の形態の直流電動装置
は、例えば、直流電流により回転する直流電動機と、前
記直流電動部の電機子巻線の一端に接続されかつ交流電
流を直流電流に変換するコンバータ回路と、前記直流電
動部の電機子巻線の他端に接続される直流電源とを備え
る。Further, a DC motor according to an embodiment of the present invention is, for example, a DC motor that rotates by a DC current, and is connected to one end of an armature winding of the DC motor and converts an AC current into a DC current. And a DC power supply connected to the other end of the armature winding of the DC motor.
【００１５】以下、本発明の実施の形態を、図面を用い
て詳細に説明する。Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.
【００１６】図１に本発明の直流電動機の構成図を示
す。図１中、１は交流電源の出力電圧を変圧する電源ト
ランス、２は直流電源を発生する直流電源装置、３は交
流電源を発生する交流電源装置、４はコンバータ回路２
０の直流電圧を平滑化するコンデンサ、１１は電流指令
に見合うように直流電動機２４に流す電流を制御する電
流制御器、１２，１３は入力信号の偏差を出力する減算
器、１４は電圧指令に見合うようにコンバータ回路２０
の交流電圧を制御する電圧制御器、１５はゲート駆動信
号のパルス幅を変調して制御するＰＷＭ制御器、２０は
力行運転時に交流入力を直流出力に変換し又は回生運転
時に直流入力を交流出力に変換するコンバータ回路、２
１はコンバータ回路を制御するコンバータ制御器、２２
は直流電動機２４に流す電流を検出する電流センサ、２
３は接触器、２４は直流電源により駆動する直流電動
機、２５は直流電動機２４の界磁巻線、２６は界磁巻線
２５に電源を供給する界磁電源装置、２７はコンバータ
回路２０の出力電圧ＶＡを検出する電圧センサ、２８は
指令される電流値を示す電流指令信号、２９は直流電動
機２４に流す電流値を示す電流帰還信号、３０は電流指
令信号２８と電流帰還信号２９との差分電流値を示す電
流偏差信号、３１はコンバータ回路２０の交流電圧値を
示す電圧帰還信号、３２は電圧指令信号ＶＡ* と電圧帰
還信号３１との差分電圧値を示す電圧偏差信号、ＵＰ，
ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮはスイッチング素子、ｕ
ｐ，ｕｎ，ｖｐ，ｖｎ，ｗｐ，ｗｎはスイッチング素子
をＯＮ／ＯＦＦ動作させるゲート駆動信号、ＶＡ* は電
圧指令信号、ＶＰＷＭ*はＰＷＭ制御電圧信号、ＶＡは
コンバータ回路２０の出力電圧、ＶＢは直流電源装置２
の出力電圧、ＶＤＣＭは出力電圧ＶＡから出力電圧ＶＢ
を差分して得た差分電圧（直流電動機２４に印加する電
圧）を示す。FIG. 1 shows a configuration diagram of a DC motor according to the present invention. In FIG. 1, reference numeral 1 denotes a power transformer for transforming an output voltage of an AC power supply, 2 denotes a DC power supply for generating a DC power, 3 denotes an AC power supply for generating an AC power, and 4 denotes a converter circuit.
0 is a capacitor for smoothing the DC voltage, 11 is a current controller for controlling the current flowing to the DC motor 24 in conformity with the current command, 12 and 13 are subtracters for outputting the deviation of the input signal, and 14 is a voltage command. Converter circuit 20 to match
15 is a PWM controller that modulates and controls the pulse width of the gate drive signal. 20 is a converter that converts an AC input to a DC output during power running operation or an AC output that converts a DC input during regenerative operation. Converter circuit to convert to 2
1 is a converter controller for controlling the converter circuit, 22
Is a current sensor for detecting a current flowing through the DC motor 24,
3 is a contactor, 24 is a DC motor driven by a DC power supply, 25 is a field winding of the DC motor 24, 26 is a field power supply for supplying power to the field winding 25, and 27 is an output of the converter circuit 20. A voltage sensor for detecting the voltage VA; 28, a current command signal indicating a current value to be commanded; 29, a current feedback signal indicating a current value flowing to the DC motor 24; 30, a difference between the current command signal 28 and the current feedback signal 29; A current deviation signal indicating a current value, 31 is a voltage feedback signal indicating an AC voltage value of the converter circuit 20, 32 is a voltage deviation signal indicating a difference voltage value between the voltage command signal VA * and the voltage feedback signal 31, UP,
UN, VP, VN, WP, WN are switching elements, u
p, un, vp, vn, wp, wn are gate drive signals for turning on / off the switching elements, VA * is a voltage command signal, VPWM * is a PWM control voltage signal, VA is the output voltage of the converter circuit 20, and VB is DC power supply 2
The output voltage VDCM is from the output voltage VA to the output voltage VB.
And the difference voltage (voltage applied to the DC motor 24) obtained by subtracting.
【００１７】先ず、コンバータ回路２０について説明す
る。コンバータ回路２０は、力行運転時に交流を直流に
変換（順変換）する。即ち、交流を入力して直流を出力
する。よって、コンバータ回路２０の入力側は、電源ト
ランス１を介して、交流電源装置３に接続する。コンバ
ータ回路２０は、交流電源の各相（Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相）
に対応し、かつ各極（Ｐ極，Ｎ極）に対応した６つのス
イッチング素子ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮ及
びコンデンサ４を備える。スイッチング素子は、例え
ば、ＩＧＢＴ，トランジスタ等であり、自己消弧が可能
である。交流電源装置３のＵ相には、スイッチング素子
ＵＰ，ＵＮが接続し、交流電源装置３のＶ相には、スイ
ッチング素子ＶＰ，ＶＮが接続し、交流電源装置３のＷ
相には、スイッチング装置ＷＰ，ＷＮが接続する。この
各相のスイッチング素子をＯＮ／ＯＦＦ動作（スイッチ
ング）して、コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡ（直流
側電圧）を制御する。コンバータ回路２０の出力側（直
流側出力）は、接触器２３を介して、直流電動機２４の
一端に接続する。First, the converter circuit 20 will be described. The converter circuit 20 converts alternating current into direct current (forward conversion) during power running operation. That is, an alternating current is input and a direct current is output. Therefore, the input side of the converter circuit 20 is connected to the AC power supply 3 via the power transformer 1. The converter circuit 20 is provided for each phase (U phase, V phase, W phase) of the AC power supply.
, And six switching elements UP, UN, VP, VN, WP, WN and a capacitor 4 corresponding to each pole (P pole, N pole). The switching element is, for example, an IGBT, a transistor, or the like, and is capable of self-extinguishing. The switching elements UP and UN are connected to the U phase of the AC power supply 3, and the switching elements VP and VN are connected to the V phase of the AC power supply 3.
Switching devices WP, WN are connected to the phases. The switching element of each phase is turned on / off (switching) to control the output voltage VA (DC side voltage) of the converter circuit 20. The output side (DC side output) of converter circuit 20 is connected to one end of DC motor 24 via contactor 23.
【００１８】直流電動機２４の電機子巻線の一端は、接
触器２３を介して、コンバータ回路２０に接続する。一
方、直流電動機２４の電機子巻線の他端は、直流電源装
置２に接続する。即ち、直流電動機２４の電機子巻線の
一端とコンバータ回路２０の交流側出力の高電圧側（Ｐ
極）とを接続し、直流電動機２４の電機子巻線の他端と
直流電源装置２の高電圧側（Ｐ極）とを接続し、コンバ
ータ回路２０の直流側出力の低電圧側（Ｎ極）と直流電
動機２の低電圧側（Ｎ極）とを接続する。One end of the armature winding of the DC motor 24 is connected to the converter circuit 20 via the contactor 23. On the other hand, the other end of the armature winding of the DC motor 24 is connected to the DC power supply 2. That is, one end of the armature winding of the DC motor 24 and the high voltage side (P
And the other end of the armature winding of the DC motor 24 and the high voltage side (P pole) of the DC power supply 2 are connected, and the DC side output of the converter circuit 20 is connected to the low voltage side (N pole). ) Is connected to the low voltage side (N pole) of the DC motor 2.
【００１９】直流電源装置２の出力電圧は、電源トラン
ス１の出力電圧（コンバータ回路２０の交流側電圧）に
電源トランス１の出力電圧の１割〜２割程度の電圧を加
算した電圧とするのが好ましい。例えば、電源トランス
１の出力整流電圧が５０Ｖの場合、直流電源装置２の出
力電圧は５５Ｖ〜６０Ｖとするのが好ましい。電源トラ
ンス１の出力電圧に電源トランス１の出力整流電圧の１
割〜２割程度の電圧を加算するのは、スイッチング素子
の不動作を防止するために、制御余裕をもたせるためで
ある。但し、直流電源装置２の出力電圧ＶＢが電源トラ
ンス１の出力電圧の１割〜２割程度の電圧を加算した電
圧よりも小さくてもよいし、直流電源装置２の出力電圧
ＶＢが電源トランス１の出力整流電圧の１割〜２割程度
の電圧を加算した電圧よりも大きくてもよいし、直流電
源装置２の出力電圧ＶＢが電源トランス１の出力電圧と
等しくてもよい。また、直流電源装置２の出力電圧ＶＢ
は、固定してもよいし、又は可変とし直流電動機２４の
駆動中に一定としてもよいし、又は直流電動機２４の駆
動中も可変としてもよい。The output voltage of the DC power supply 2 is a voltage obtained by adding about 10% to 20% of the output voltage of the power transformer 1 to the output voltage of the power transformer 1 (AC side voltage of the converter circuit 20). Is preferred. For example, when the output rectified voltage of the power transformer 1 is 50 V, the output voltage of the DC power supply 2 is preferably set to 55 V to 60 V. The output voltage of the power transformer 1 is equal to the output rectified voltage of the power transformer 1
The reason why the voltage of about 20% to 20% is added is to provide a control margin in order to prevent a malfunction of the switching element. However, the output voltage VB of the DC power supply 2 may be lower than a voltage obtained by adding about 10% to 20% of the output voltage of the power transformer 1, or the output voltage VB of the DC power supply 2 May be higher than a voltage obtained by adding about 10% to 20% of the output rectified voltage of the DC power supply, or the output voltage VB of the DC power supply 2 may be equal to the output voltage of the power transformer 1. Also, the output voltage VB of the DC power supply 2
May be fixed, variable, and constant while the DC motor 24 is being driven, or may be variable while the DC motor 24 is being driven.
【００２０】例えば、差分電圧ＶＤＣＭを４４０Ｖとす
ると、出力電圧ＶＡは５００Ｖ〜６００Ｖで、出力電圧
ＶＢは６０Ｖで、トランス１の出力整流電圧を５０Ｖと
する。尚、出力電圧ＶＢは、差分電圧ＶＤＣＭの１割〜
２割程度とする。また、差分電圧ＶＤＣＭを７５０Ｖと
すると、出力電圧ＶＡは８５０Ｖ〜１０００Ｖで、出力
電圧ＶＢは１００Ｖで、トランス１の出力整流電圧を８
５Ｖとする。For example, assuming that the differential voltage VDCM is 440 V, the output voltage VA is 500 V to 600 V, the output voltage VB is 60 V, and the output rectified voltage of the transformer 1 is 50 V. The output voltage VB is 10% to 10% of the difference voltage VDCM.
About 20%. If the differential voltage VDCM is 750V, the output voltage VA is 850V to 1000V, the output voltage VB is 100V, and the output rectified voltage of the transformer 1 is 8V.
5V.
【００２１】そして、力行運転時には、交流電源装置３
で発生した交流電流が、コンバータ回路２０で直流電流
に変換された後、直流電動機２４の電機子巻線の一端か
ら電機子巻線内を流れ、直流電動機２４の電機子巻線の
他端から直流電源装置２へ流れる。このとき、直流電動
機２４の電機子巻線（回転子）に磁界が発生すると共
に、界磁電源装置２６からの直流電流により界磁巻線２
５（固定子）に磁界が発生することから、直流電動機２
４の回転子が回転し、直流電動機２４が駆動する。一
方、回生運転時には、界磁電源装置２６からの直流電流
により界磁巻線２５（固定子）に磁界が発生すると共
に、直流電動機２４の回転子が回転することから、直流
電動機２４の電機子巻線（回転子）に直流電流が発生す
る。直流電動機２４の電機子巻線から発生した直流電流
が、コンバータ回路２０で交流電流に変換されて、交流
電流を発生する。During power running operation, the AC power supply 3
Is generated by the converter circuit 20, the DC current is converted by the converter circuit 20, then flows through the armature winding from one end of the armature winding of the DC motor 24, and from the other end of the armature winding of the DC motor 24. It flows to the DC power supply 2. At this time, a magnetic field is generated in the armature winding (rotor) of the DC motor 24, and the DC current from the field power supply device 26 causes the field winding 2 to rotate.
5 (stator) generates a magnetic field.
4 rotates, and the DC motor 24 is driven. On the other hand, during regenerative operation, a DC current from the field power supply device 26 generates a magnetic field in the field winding 25 (stator), and the rotor of the DC motor 24 rotates. DC current is generated in the winding (rotor). The DC current generated from the armature winding of the DC motor 24 is converted into an AC current by the converter circuit 20 to generate an AC current.
【００２２】次に、コンバータ制御器２１について説明
する。コンバータ制御器２１は、直流電動機２４に流す
電流値が指令される電流値に見合うように、コンバータ
回路２０を制御するものである。電流センサ２２におい
て、直流電動機２４に流す電流値を検出し、電流帰還信
号２９を得る。減算器１２において、電流指令信号２８
から電流帰還信号２９を差し引いて電流偏差信号３０を
得る。電流制御器１１において、電流偏差信号３０を比
例，積分して電圧指令信号ＶＡ* を作成する。電流偏差
信号３０がプラスのときは電圧指令信号ＶＡ* を大きく
し、電流偏差信号３０がマイナスのときは電圧指令信号
ＶＡ* を小さくし、電流偏差信号３０がゼロのときは電
圧指令信号ＶＡ*を保持する。電圧センサ２７におい
て、コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡ（直流電圧）を
検出し、電圧帰還信号３１を得る。減算器１３におい
て、電圧指令信号ＶＡ* から電圧帰還信号３１を差し引
いて電圧偏差信号３２を得る。電圧制御器１４におい
て、電圧偏差信号３２を比例，積分してＰＷＭ制御電圧
信号ＶＰＷＭ* を作成する。電圧偏差信号３２がプラス
のときはＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* を大きくし、電
圧偏差信号３２がマイナスのときはＰＷＭ制御電圧信号
ＶＰＷＭ* を小さくし、電圧偏差信号３２がゼロのとき
はＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* を保持する。ＰＷＭ制
御器１５において、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* から
ゲート駆動信号ｕｐ,ｕｎ，ｖｐ，ｖｎ，ｗｐ，ｗｎを
作成する。そして、各ゲート駆動信号ｕｐ，ｕｎ，ｖ
ｐ，ｖｎ，ｗｐ，ｗｎにより、各スイッチング素子Ｕ
Ｐ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮのＯＮ状態幅、ＯＦ
Ｆ状態幅及びＯＮ／ＯＦＦの切り替えタイミングを制御
する。尚、電圧制御器１４はなくてもよい。即ち、電圧
指令信号ＶＡ* を、PWM制御電圧指令信号ＶＰＷＭ* と
して、ＰＷＭ制御器１５へ入力してもよい。Next, the converter controller 21 will be described. The converter controller 21 controls the converter circuit 20 so that the current value flowing through the DC motor 24 matches the commanded current value. The current sensor 22 detects the value of the current flowing through the DC motor 24 and obtains a current feedback signal 29. In the subtractor 12, the current command signal 28
Is subtracted from the current feedback signal 29 to obtain a current deviation signal 30. In the current controller 11, the current deviation signal 30 is proportionally and integrated to create a voltage command signal VA * . When the current deviation signal 30 is positive, the voltage command signal VA * is increased, when the current deviation signal 30 is negative, the voltage command signal VA * is reduced, and when the current deviation signal 30 is zero, the voltage command signal VA * is reduced . Hold. The voltage sensor 27 detects the output voltage VA (DC voltage) of the converter circuit 20 and obtains a voltage feedback signal 31. In the subtractor 13, the voltage deviation signal 32 is obtained by subtracting the voltage feedback signal 31 from the voltage command signal VA * . In the voltage controller 14, the PWM control voltage signal VPWM * is created by proportionally and integrating the voltage deviation signal 32. When the voltage deviation signal 32 is positive, the PWM control voltage signal VPWM * is increased, when the voltage deviation signal 32 is negative, the PWM control voltage signal VPWM * is reduced, and when the voltage deviation signal 32 is zero, the PWM control voltage is reduced. Holds signal VPWM * . In the PWM controller 15, the gate drive signals up, un, vp, vn, wp, wn are created from the PWM control voltage signal VPWM * . Then, each gate drive signal up, un, v
Each switching element U is determined by p, vn, wp, wn.
ON state width of P, UN, VP, VN, WP, WN, OF
The F state width and ON / OFF switching timing are controlled. Note that the voltage controller 14 may not be provided. That is, the voltage command signal VA * may be input to the PWM controller 15 as the PWM control voltage command signal VPWM * .
【００２３】図２（ａ），（ｂ），（ｃ）に、本発明の
電動機駆動装置のＰＷＭ制御の説明図を示す。2 (a), 2 (b) and 2 (c) are explanatory diagrams of the PWM control of the motor driving device according to the present invention.
【００２４】ＰＷＭ制御器１５において、ＰＷＭ制御電
圧信号ＶＰＷＭ* の直流信号を電源トランス１の位相に
合わせて、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* （ｕ相），Ｐ
ＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* （ｖ相），ＰＷＭ制御電圧
信号ＶＰＷＭ* （ｗ相）の交流信号を作成する。各信号
の振幅はＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* と同一で、各信
号の周波数は電源トランスの周波数である。[0024] In PWM controller 15, the combined DC signal of the PWM control voltage signal VPWM * a power transformer 1 phase, PWM control voltage signal VPWM * (u-phase), P
An AC signal of the WM control voltage signal VPWM * (v phase) and the PWM control voltage signal VPWM * (w phase) is created. The amplitude of each signal is the same as the PWM control voltage signal VPWM *, and the frequency of each signal is the frequency of the power transformer.
【００２５】ＰＷＭ制御器１５において、ＰＷＭ制御電
圧信号ＶＰＷＭ*（ｕ相）と搬送波信号Ｖｃ*(固定値)と
を比較し、ゲート駆動信号ｕｐを演算する。即ち、ＰＷ
Ｍ制御電圧信号ＶＰＷＭ* と搬送波信号Ｖｃ*とを比較
し、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*が搬送波信号Ｖｃ*を
超過した場合又はＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*が搬送
波信号Ｖｃ*以上の場合は、ゲート駆動信号ｕｐをＯＦ
Ｆ状態にする。一方、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*と
搬送波信号Ｖｃ* とを比較し、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰ
ＷＭ*が搬送波信号Ｖｃ*以下の場合又はＰＷＭ制御電圧
信号VPWM*が搬送波信号Ｖｃ* 未満の場合は、ゲート駆
動信号ｕｐをＯＮ状態にする。このゲート駆動信号のＯ
ＦＦ状態の時間幅とＯＮ状態の時間幅との関係がパルス
幅信号となる。The PWM controller 15 compares the PWM control voltage signal VPWM * (u phase) with the carrier signal Vc * (fixed value) to calculate the gate drive signal up. That is, PW
The M control voltage signal VPWM * and the carrier signal Vc * are compared, and if the PWM control voltage signal VPWM * exceeds the carrier signal Vc * or if the PWM control voltage signal VPWM * is equal to or greater than the carrier signal Vc * , the gate drive is performed. Signal up
Change to F state. On the other hand, the PWM control voltage signal VPWM * and the carrier signal Vc * are compared, and the PWM control voltage signal VP
When WM * is equal to or less than the carrier signal Vc *, or when the PWM control voltage signal VPWM * is less than the carrier signal Vc * , the gate drive signal up is turned on. O of this gate drive signal
The relationship between the time width in the FF state and the time width in the ON state is a pulse width signal.
【００２６】同様にして、ＰＷＭ制御器１５において、
ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*（ｖ相）と搬送波信号Ｖ
ｃ*（固定値）とを比較しゲート駆動信号ｖｐを、ＰＷ
Ｍ制御電圧信号ＶＰＷＭ*（ｗ相）と搬送波信号Ｖｃ*
（固定値）とを比較しゲート駆動信号ｗｐを演算する。Similarly, in the PWM controller 15,
PWM control voltage signal VPWM * (v phase) and carrier signal V
c * (fixed value) and compares the gate drive signal vp with PW
M control voltage signal VPWM * (w phase) and carrier signal Vc *
(Fixed value) to calculate the gate drive signal wp.
【００２７】また、ＰＷＭ制御器１５において、ＰＷＭ
制御電圧信号ＶＰＷＭ* （ｕ相）と搬送波信号Ｖｃ*
(固定値)とを比較し、ゲート駆動信号ｕｎを演算する。
ゲート駆動信号ｕｎは、ゲート駆動信号ｕｐと反対のＯ
Ｎ／ＯＦＦ動作をさせ、かつコンバータ回路２０の短絡
防止を目的として、ゲート駆動信号ｕｐに対して非ラッ
プ処理を施す。即ち、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*(ｕ
相）と搬送波信号Ｖｃ*とを比較し、ＰＷＭ制御電圧信
号ＶＰＷＭ* が搬送波信号Ｖｃ*未満の場合又はＰＷＭ
制御電圧信号ＶＰＷＭ*が搬送波信号Ｖｃ* 以下の場合
は、ゲート駆動信号ｕｎをＯＦＦ状態にする。一方、Ｐ
ＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*（ｕ相）と搬送波信号Ｖｃ*
とを比較し、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*が搬送波信
号Ｖｃ*以上の場合又はＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*が
搬送波信号Ｖｃ* を超過した場合は、ゲート駆動信号ｕ
ｎをＯＮ状態にする。但し、非ラップ処理により、ゲー
ト駆動信号ｕｎのＯＮ／ＯＦＦ動作（ＯＮ／ＯＦＦスイ
ッチング）のタイミングとゲート駆動信号ｕｐのＯＮ／
ＯＦＦ動作（ＯＮ／ＯＦＦスイッチング）のタイミング
とは、時間的に前後にずれており、ゲート駆動信号ｕｎ
のパルス幅とゲート駆動信号ｕｐのパルス幅とは、非同
期となる。In the PWM controller 15, the PWM
Control voltage signal VPWM * (u phase) and carrier signal Vc *
(Fixed value) to calculate the gate drive signal un.
The gate drive signal un has an O signal opposite to the gate drive signal up.
For the purpose of performing the N / OFF operation and preventing the short circuit of the converter circuit 20, a non-lapping process is performed on the gate drive signal up. That is, the PWM control voltage signal VPWM * (u
Phase) and the carrier signal Vc *, and if the PWM control voltage signal VPWM * is less than the carrier signal Vc * or PWM
When the control voltage signal VPWM * is equal to or smaller than the carrier signal Vc * , the gate drive signal un is turned off. On the other hand, P
WM control voltage signal VPWM * (u phase) and carrier signal Vc *
When the PWM control voltage signal VPWM * is equal to or greater than the carrier signal Vc *, or when the PWM control voltage signal VPWM * exceeds the carrier signal Vc * , the gate drive signal u
n is turned on. However, the ON / OFF operation (ON / OFF switching) of the gate drive signal un and the ON / OFF of the gate drive signal up are performed by the non-lapping process.
The timing of the OFF operation (ON / OFF switching) is temporally shifted back and forth, and the gate drive signal un
Are asynchronous with the pulse width of the gate drive signal up.
【００２８】同様にして、ＰＷＭ制御器１５において、
ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ*（ｖ相）と搬送波信号Ｖ
ｃ*（固定値）とを比較しゲート駆動信号ｖｎを、ＰＷ
Ｍ制御電圧信号ＶＰＷＭ*（ｗ相）と搬送波信号Ｖｃ*
（固定値）とを比較しゲート駆動信号ｗｎを演算する。
ゲート駆動信号ｕｎと同様に、ゲート駆動信号ｖｎはゲ
ート駆動信号ｖｐと反対のＯＮ／ＯＦＦ動作を、ゲート
駆動信号ｗｎはゲート駆動信号ｗｐと反対のＯＮ／ＯＦ
Ｆ動作をする。Similarly, in the PWM controller 15,
PWM control voltage signal VPWM * (v phase) and carrier signal V
c * (fixed value) and compares the gate drive signal vn with PW
M control voltage signal VPWM * (w phase) and carrier signal Vc *
(Fixed value) to calculate the gate drive signal wn.
Similarly to the gate drive signal un, the gate drive signal vn performs ON / OFF operation opposite to the gate drive signal vp, and the gate drive signal wn performs ON / OFF opposite to the gate drive signal wp.
Perform F operation.
【００２９】そして、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* の
大きさを変化させることにより、ゲート駆動信号のパル
ス幅を変化させ、コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡを
変化させる。即ち、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* を大
きくすると、ゲート駆動信号ｕｐ，ｖｐ，ｗｐのＯＦＦ
状態の時間（パルス幅）が大きくなり、電源トランス１
の電圧との関係で出力電圧ＶＡが大きくなる。ＰＷＭ制
御電圧信号ＶＰＷＭ*を小さくすると、ゲート駆動信号
ｕｐ，ｖｐ，ｗｐのＯＦＦ状態の時間（パルス幅）が小
さくなり、電源トランス１の電圧との関係で出力電圧Ｖ
Ａが小さくなる。Then, by changing the magnitude of the PWM control voltage signal VPWM * , the pulse width of the gate drive signal is changed, and the output voltage VA of the converter circuit 20 is changed. That is, when the PWM control voltage signal VPWM * is increased, the gate drive signals up, vp, wp are turned off.
The state time (pulse width) increases, and the power transformer 1
The output voltage VA increases in relation to this voltage. When the PWM control voltage signal VPWM * is reduced, the time (pulse width) of the gate drive signals up, vp, wp in the OFF state is reduced, and the output voltage V in relation to the voltage of the power transformer 1 is reduced.
A becomes smaller.
【００３０】コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡと直流
電源装置２の出力電圧ＶＢとの差で、差分電圧ＶＤＣＭ
が得られる。例えば、直流電源装置２の出力電圧ＶＢを
一定にすると、ＰＷＭ制御電圧信号ＶＰＷＭ* を変化さ
せることにより、差分電圧ＶＤＣＭが変化する。よっ
て、ＰＷＭ制御によりコンバータ回路２０の出力電圧Ｖ
Ａを制御して、差分電圧ＶＤＣＭを制御することによ
り、直流電動機２４の誘起電圧ＥＭＦとの差で、直流電
動機２４の電流制御が可能になる。この電流制御機能を
利用して、直流電動機２４のトルクを制御し、さらに直
流電動機２４の回転数(回転速度)の制御も可能になる。
また、差分電圧ＶＤＣＭの極性を反転した場合、直流電
動機２４に流れる電流の向きを反転でき、直流電動機２
４の回転方向が逆向き（逆回転）となる（正確には、誘
起電圧ＥＭＦとの差で電流方向が決定される）。差分電
圧ＶＤＣＭの極性を反転するには、例えば、直流電動機
２４の駆動中に直流電源装置２の出力電圧ＶＢを可変と
し、コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡよりも直流電源
装置２の出力電圧ＶＢを大きくすればよい。また、直流
コンバータ回路２０の出力電圧ＶＡを、直流電源装置２
の出力電圧ＶＢよりも若干小さくすることにより、回生
運転を行うことが可能になる。The difference between the output voltage VA of the converter circuit 20 and the output voltage VB of the DC power supply 2,
Is obtained. For example, when the output voltage VB of the DC power supply 2 is kept constant, the difference voltage VDCM changes by changing the PWM control voltage signal VPWM * . Therefore, the output voltage V of the converter circuit 20 is controlled by the PWM control.
By controlling A and controlling the differential voltage VDCM, it is possible to control the current of the DC motor 24 based on the difference from the induced voltage EMF of the DC motor 24. By utilizing this current control function, the torque of the DC motor 24 is controlled, and further, the rotation speed (rotation speed) of the DC motor 24 can be controlled.
When the polarity of the differential voltage VDCM is inverted, the direction of the current flowing through the DC motor 24 can be inverted, and the DC motor 2
The rotation direction of No. 4 is reversed (reverse rotation) (more precisely, the current direction is determined by the difference from the induced voltage EMF). In order to invert the polarity of the differential voltage VDCM, for example, the output voltage VB of the DC power supply 2 is made variable while the DC motor 24 is being driven, and the output voltage VB of the DC power supply 2 You just need to increase it. Further, the output voltage VA of the DC converter circuit 20 is
, The regenerative operation can be performed.
【００３１】上記本発明の実施の形態によれば、自己消
弧型のスイッチング素子を備えるため力行運転並びに回
生運転を行うことができる。さらに、自己消弧型のスイ
ッチング素子を備えたコンバータ回路では出力できない
低電圧領域の電圧分を、直流電動機の出力電圧で補うこ
とにより、見かけ上直流電動機に低電圧を印加すること
ができるため、低回転運転又は低トルク運転を行うこと
ができる。よって、直流電動機の駆動装置の利用範囲を
広くするという効果を奏する。また、コンバータ回路の
ＰＷＭ制御により、直流電動機に印加される電圧が滑ら
かな直流電圧になるという効果を奏する。よって、電流
リプルがほとんど発生しないので、既設設備の更新に適
している。また、後に老朽化した直流電動機を交流電動
機に更新する時はコンバータ回路をインバータ回路とし
て流用することができるので、設備更新費用の分割投資
が可能になる。According to the embodiment of the present invention, since the self-extinguishing type switching element is provided, the power running operation and the regenerative operation can be performed. Furthermore, since the output voltage of the DC motor compensates for the voltage in the low voltage region that cannot be output by the converter circuit having the self-extinguishing type switching element, a low voltage can be applied to the DC motor apparently. Low rotation operation or low torque operation can be performed. Therefore, there is an effect that the use range of the drive device of the DC motor is widened. Further, the PWM control of the converter circuit has an effect that the voltage applied to the DC motor becomes a smooth DC voltage. Therefore, since current ripple hardly occurs, it is suitable for updating existing equipment. Further, when the aging DC motor is later replaced with an AC motor, the converter circuit can be used as an inverter circuit, so that the investment for equipment replacement can be divided and invested.
【００３２】次に、本発明の他の実施の形態を説明す
る。Next, another embodiment of the present invention will be described.
【００３３】図３に、本発明の電動機駆動装置の構成図
を示す。複数の直流電動機の間で、直流電源装置２を共
用したもので、回生運転している直流電動機の電力を力
行運転している他の直流電動機の電源として有効利用す
るものである。FIG. 3 shows a configuration diagram of a motor driving device according to the present invention. The DC power supply device 2 is shared among a plurality of DC motors, in which electric power of the DC motor performing regenerative operation is effectively used as a power source of another DC motor performing power running operation.
【００３４】つまり、力行運転をしている側は直流電源
２に電力を流入させ、回生運転をしている側は直流電源
２から電力を流出させているので、直流電源２を共用す
ることにより、この流入，流出している電力を相殺でき
るので、直流電源２の容量を低減できる。That is, since the power running operation causes power to flow into the DC power supply 2 and the regenerative operation side flows power from the DC power supply 2, the DC power supply 2 is shared. Since the inflow and outflow power can be offset, the capacity of the DC power supply 2 can be reduced.
【００３５】さらに、本発明の他の実施の形態を説明す
る。Next, another embodiment of the present invention will be described.
【００３６】図４に、本発明の電動機駆動装置の構成図
を示す。複数の直流電動機の間で、回生運転している直
流電動機の電力を力行運転している他の直流電動機の電
源として有効利用するものである。図４中、５は電源ト
ランス１間の干渉を防止するため交流電源のインダクタ
ンスを調整するリアクトルを示す。FIG. 4 shows a configuration diagram of a motor driving device according to the present invention. Among the plurality of DC motors, the power of the DC motor performing the regenerative operation is effectively used as the power source of another DC motor performing the power running operation. In FIG. 4, reference numeral 5 denotes a reactor for adjusting the inductance of the AC power supply to prevent interference between the power supply transformers 1.
【００３７】つまり、力行運転をしている側は電源トラ
ンス１から電力を流出させ、回生運転をしている側は電
源トランス１から電力を流入させているので、電源トラ
ンス１を共用することにより、この流出，流入している
電力を相殺できるので、電源トランス１の合計容量を低
減できる。That is, the power running operation causes the power to flow out of the power transformer 1 and the regenerative operation causes the power to flow from the power transformer 1. Since the outflow and inflow power can be offset, the total capacity of the power transformer 1 can be reduced.
【００３８】本発明の実施の形態は、製鉄所のプロセッ
シングラインに使用される直流電動機のように、回転数
や回転方向が変化する複数個の直流電動機を駆動する電
動機駆動装置及び電動機駆動方法として利用するのに好
適であるが、家庭用電気製品（例えば、エアーコンディ
ショナー，掃除機，洗濯機、冷蔵庫等）や電車や電気自
動車の直流電動機を駆動する電動機駆動装置及び電動機
駆動方法としても利用できる。The embodiments of the present invention are directed to a motor driving device and a motor driving method for driving a plurality of DC motors whose rotation speed and direction change, such as a DC motor used in a processing line of an ironworks. Although it is suitable for use, it can also be used as a motor driving device and a motor driving method for driving a DC motor of a household electric appliance (for example, an air conditioner, a vacuum cleaner, a washing machine, a refrigerator, etc.), a train or an electric vehicle. .
【００３９】[0039]
【発明の効果】本発明によれば、力行運転並びに回生運
転、及び直流電動機の低回転運転又は低トルク運転を行
うことができるため、電動機駆動装置等の利用範囲を広
くするという効果を奏する。According to the present invention, the power running operation, the regenerative operation, and the low-speed operation or low-torque operation of the DC motor can be performed, so that the use range of the motor drive device and the like can be widened.
【図１】本発明の電動機駆動装置の構成図。FIG. 1 is a configuration diagram of a motor drive device of the present invention.
【図２】本発明のＰＷＭ制御の説明図。FIG. 2 is an explanatory diagram of PWM control according to the present invention.
【図３】本発明の電動機駆動装置の構成図。FIG. 3 is a configuration diagram of a motor drive device of the present invention.
【図４】本発明の電動機駆動装置の構成図。FIG. 4 is a configuration diagram of a motor drive device of the present invention.
１…電源トランス、２…直流電源装置、３…交流電源装
置、４…コンデンサ、５…リアクトル、１１…電流制御
器、１２，１３…減算器、１４…電圧制御器、１５…Ｐ
ＷＭ制御器、２０…コンバータ回路、２１…コンバータ
制御器、２２…電流センサ、２３…接触器、２４…直流
電動機、２５…界磁巻線、２６…界磁電源装置、２７…
電圧センサ、２８…電流指令信号、２９…電流帰還信
号、３０…電流偏差信号、３１…電圧帰還信号、３２…
電圧偏差信号、ＵＰ，ＵＮ，ＶＰ，ＶＮ，ＷＰ，ＷＮ…
スイッチング素子、ｕｐ，ｕｎ，ｖｐ，ｖｎ，ｗｐ，ｗ
ｎ…ゲート駆動信号、ＶＡ* …電圧指令信号、ＶＰＷＭ
* …ＰＷＭ制御電圧信号、ＶＡ，ＶＢ…出力電圧、ＶＤ
ＣＭ…差分電圧。DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Power transformer, 2 ... DC power supply, 3 ... AC power supply, 4 ... Capacitor, 5 ... Reactor, 11 ... Current controller, 12, 13 ... Subtractor, 14 ... Voltage controller, 15 ... P
WM controller, 20 ... Converter circuit, 21 ... Converter controller, 22 ... Current sensor, 23 ... Contactor, 24 ... DC motor, 25 ... Field winding, 26 ... Field power supply, 27 ...
Voltage sensor, 28: current command signal, 29: current feedback signal, 30: current deviation signal, 31: voltage feedback signal, 32 ...
Voltage deviation signal, UP, UN, VP, VN, WP, WN ...
Switching element, up, un, vp, vn, wp, w
n: gate drive signal, VA * : voltage command signal, VPWM
* : PWM control voltage signal, VA, VB: Output voltage, VD
CM: differential voltage.
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 片山 敏男 茨城県日立市大みか町五丁目２番１号 株 式会社日立製作所大みか事業所内 Ｆターム(参考） 5H006 BB01 BB05 CA01 CA07 CA12 CA13 CB01 CB08 CC02 DA04 DC02 DC05 5H571 AA01 AA02 AA05 AA11 CC01 CC05 CC08 DD01 EE02 FF01 FF04 FF07 GG04 GG05 HA10 HD05 JJ24 LL22 LL23 5H572 AA01 AA02 AA05 AA11 CC01 CC05 CC08 DD07 EE04 FF01 FF05 GG04 GG05 HA10 HB16 HC07 JJ24 LL22 LL24 ────────────────────────────────────────────────── ─── Continuing on the front page (72) Inventor Toshio Katayama 5-2-1, Omika-cho, Hitachi City, Ibaraki Prefecture F-term within the Hitachi, Ltd. Omika Works (reference) 5H006 BB01 BB05 CA01 CA07 CA12 CA13 CB01 CB08 CC02 DA04 DC02 DC05 5H571 AA01 AA02 AA05 AA11 CC01 CC05 CC08 DD01 EE02 FF01 FF04 FF07 GG04 GG05 HA10 HD05 JJ24 LL22 LL23 5H572 AA01 AA02 AA05 AA11 CC01 CC05 CC08 DD07 EE04 FF01 FF05 GG04 GG05 HA24
Claims (5)
かつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記直流
電動機の電機子巻線の他端に接続される直流電源とを備
えた電動機駆動装置。An electric motor comprising: a converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC; and a DC power supply connected to the other end of the armature winding of the DC motor. Drive.
かつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記直流
電動機の電機子巻線の他端に接続される直流電源と、パ
ルス幅変調により前記コンバータ回路内のスイッチング
素子を動作させて前記直流電動機に流れる直流電流を制
御するコンバータ制御器を備えた電動機駆動装置。2. A converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC; a DC power supply connected to the other end of the armature winding of the DC motor; A motor drive device comprising a converter controller for controlling a DC current flowing through the DC motor by operating a switching element in the converter circuit.
かつ交流を直流に変換するコンバータ回路と、前記直流
電動機の電機子巻線の他端に接続されかつ前記コンバー
タ回路の交流側電圧よりも大きい電圧を出力する直流電
源と、前記コンバータ回路の直流側電圧と前記直流電源
の出力電圧との差分電圧を制御するコンバータ制御器と
を備えた電動機駆動装置。3. A converter circuit connected to one end of an armature winding of a DC motor and converting AC to DC, and an AC voltage connected to the other end of the armature winding of the DC motor and connected to the AC side of the converter circuit. A motor drive device comprising: a DC power supply that outputs a voltage higher than the DC power supply; and a converter controller that controls a differential voltage between a DC side voltage of the converter circuit and an output voltage of the DC power supply.
回路の直流出力側の電圧と前記直流電動機の他端に接続
された直流電源の電圧との差分電圧を変化させて、前記
直流電動機のトルク又は回転数の少なくとも１つを制御
する電動機駆動方法。4. The torque of the DC motor is changed by changing a differential voltage between a voltage on a DC output side of a converter circuit connected to one end of the DC motor and a voltage of a DC power supply connected to the other end of the DC motor. Alternatively, a motor driving method for controlling at least one of the rotation speeds.
記直流電動部の電機子巻線の一端に接続されかつ交流電
流を直流電流に変換するコンバータ回路と、前記直流電
動部の電機子巻線の他端に接続される直流電源とを備え
た直流電動装置。5. A DC motor rotating by a DC current, a converter circuit connected to one end of an armature winding of the DC motor and converting an AC current to a DC current, and an armature winding of the DC motor. DC electric device comprising: a DC power source connected to the other end of the DC motor.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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Cited By (1)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| WO2008149447A1 (en) * | 2007-06-07 | 2008-12-11 | Mitsubishi Electric Corporation | Electric motor controller |
-
2000
- 2000-03-08 JP JP2000068619A patent/JP2001258291A/en active Pending
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