JP2560962Y2 - 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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JP2560962Y2
JP2560962Y2 JP4172291U JP4172291U JP2560962Y2 JP 2560962 Y2 JP2560962 Y2 JP 2560962Y2 JP 4172291 U JP4172291 U JP 4172291U JP 4172291 U JP4172291 U JP 4172291U JP 2560962 Y2 JP2560962 Y2 JP 2560962Y2
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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】[考案の目的]
【0002】
【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。
【0003】
【従来の技術】従来の交流電動機の制御装置、例えば交
流電動機の速度制御を図2の回路図を参照して説明す
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、1
0はコンパレータ、11はベース駆動回路、30は加減
算する制御アンプである。
【0004】次に、上記制御装置の動作について説明す
る。本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に入力す
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、交流電動機4の一次電流指令I1 * (交流信
号)が出力される。この一次電流指令I1 * は、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
出し、加減算する制御アンプ30で反転された交流の検
出信号は電流制御アンプ(ACR)8にて比較増幅され
る。電流制御アンプ8の出力である変調波信号は、三角
波発振器9より出力される搬送波とコンパレータ10に
てPWM変調(パルス幅変調)され、ベース駆動回路1
1を介してインバータ3にベース信号として入力する電
流制御系を構成しており、これにより交流電動機4の速
度制御を行うものである。なお、速度制御部7の具体的
構成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。
【0005】
【考案が解決しようとする課題】このような電流制御系
では、電流検出器としてホール素子を用いたホール電流
検出器が広く使用されている。ホール電流検出器の特徴
としては、絶縁状態にて電流検出が可能である、直流,
交流または直流+交流の電流検出が可能である、電圧信
号として検出可能である、安価である等があげられる。
【0006】ところで、ホール素子の素材はゲルマニウ
ム、ガリウム砒素といった半導体材料であるため、温度
によりホール電流検出器の出力電圧は変化し易いという
問題がある。当然、交流電動機に流れる交流電流が零に
相当する時に発生するホール電流検出器の直流オフセッ
ト電圧も温度により変化する。従って、交流電動機の制
御を、正弦波の一次電流指令I1 * に対し、ホール電流
検出器を使用して電流フィードバック制御を行う場合、
温度によりホール電流検出器の直流オフセット電圧が生
じると、交流電動機に流れる電流は交流電流のみではな
く交流電流に直流電流が重畳された電流が流れる。
【0007】この点について図3及び図4に基づいて詳
細に説明する。まず、図3(a)はホール電流検出器の
電流オフセット電圧が零であり、交流電動機には直流成
分を含まない交流の電流が流れている状態の電流制御ア
ンプ8の入出力波形を示す。前述したように、電流制御
アンプ8は正弦波の一次電流指令I1 * とホール電流検
出器の出力電圧とを比較増幅するため、ホール電流検出
器からの電流制御アンプ8への入力信号I1 は正弦波の
一次電流指令I1 * に対して 180゜反転し、PWM変調
された正弦波となっている。また、ホール電流検出器の
信号を加減算する制御アンプ30にて反転し検出してい
るので、実際の交流電動機に流れている電流位相は一次
電流指令I1 * と同一である。また、電流制御アンプ8
の出力波形E1 * は交流電動機に与える電圧指令であ
り、交流電動機はリアクタンス負荷なので、交流電動機
に流れる電流より位相が進んだ正弦波となる。次に、電
流制御アンプ8の出力である変調波信号E1 * が、三角
波発振器9より出力される搬送波E2 とコンパレータ1
0にて比較され、コンパレータ10より出力されPWM
変調された波形E3 を図3(b)に示す。ホール電流検
出器の直流オフセット電圧が零であるので、変調波信号
1 * は直流成分を含まない交流信号であり、搬送波E
2 と比較したコンパレータ10の出力波形E3 も直流成
分を含まないPWM変調波である。
【0008】次に、図4(a)にホール電流検出器の直
流オフセット電圧がプラス側に生じた場合の電流制御ア
ンプ8の入出力波形を示す。前述したように電流制御ア
ンプ8は正弦波の一次電流指令I1 * とホール電流検出
器の出力電圧をとを比較増幅するため、ホール電流検出
器からの電流制御アンプ8への入力信号I1 は正弦波の
一次電流指令I1 * に対して 180゜反転し、PWM変調
された正弦波となっている。従って、ホール電流検出器
がプラス側にオフセット電圧が生じると、電流制御アン
プの出力である変調波信号E11 * はマイナス側に直流分
が重畳された正弦波波形となる。次に、電流制御アンプ
8の出力である変調波信号E11 * が、三角波発振器9よ
り出力される搬送波E2 とコンパレータ10にて比較さ
れ、コンパレータ10より出力されるPWM変調された
波形E31を図4(b)に示す。電流制御アンプ8の出力
である変調波信号E11 * は、マイナス側に直流分が重畳
された正弦波波形であるので、搬送波と比較したコンパ
レータ10の出力波形もマイナス側に直流分が重畳され
たPWM変調波E31となる。従って、交流電動機に流れ
る電流は、マイナス側に直流分が重畳された交流電流が
流れる。このように交流電動機に直流電流が重畳された
交流電流が流れると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。
【0009】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、ホール電流検出器の直流オフセ
ット値を検出し、直流オフセットの変化に対して自動的
に補正を行い、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。 [考案の構成]
【0010】
【課題を解決するための手段】本発明は上記目的を達成
するために、交流電動機に流れる交流電流を検出する電
流検出器と、前記電流検出器で検出された電流検出信号
と交流電動機の電流指令信号とを入力する電流制御アン
プと、前記電流制御アンプの出力である変調波信号と搬
送波信号とを比較するコンパレータとにより構成し、交
流電動機に流れる交流電流を制御する制御装置におい
て、前記コンパレータの出力信号に含まれる基本波電流
成分と搬送波電流成分とを遮断し直流成分だけを検出す
るローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信
号である直流成分を積分する積分回路と、前記積分回路
の出力信号と前記電流検出器の出力信号とを加減算する
制御アンプと、前記制御アンプの出力信号を前記電流制
御アンプに入力し、前記電流制御器の直流オフセットを
自動的に補正するように構成したことを特徴とするもの
である。
【0011】
【作用】本考案は、ホール電流検出器を用いて電流制御
した場合、ホール電流検出器が直流オフセットを生じる
と、電流制御アンプの出力である変調波信号と搬送波信
号を比較するコンパレータの出力PWM変調信号にも直
流成分が重畳されることに着目したもので、コンパレー
タの出力信号よりローパスフィルタにて直流成分だけを
検出し、積分回路にて前記直流成分を積分し、積分回路
の出力信号を前記電流制御アンプに補正信号として入力
するものである。電流制御は速い応答が必要であるのに
対し温度はゆっくりと変化するために遅い応答の積分回
路にて前記直流成分を積分し、積分回路の出力信号を電
流制御アンプに補正信号として入力することにより、ホ
ール電流検出器に直流オフセットが生じても、自動的に
補正を行い、その結果交流電動機に流れる交流電流に重
畳された直流電流を自動的に零にすることができる。
【0012】
【実施例】以下、本考案の一実施例を図1について説明
する。同図において、図2で示した従来の回路図と同等
の機能を有する要素については同一符号を付して説明す
る。
【0013】図1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、7は速度制御部、9は三角
波発振器、11はベース駆動回路であり、従来の制御回
路と同様である。6A,6BはU相、V相に取り付けら
れたホール電流検出器で、ゲイン1倍の加減算する制御
アンプ30A(U相)、30B(V相)にて信号を反転
させて、インバータ3より交流電動機4に流れる電流に
対し 180゜反転した波形を検出し、電流検出信号
UFB 、IVFB として電流制御アンプ8A(U相),8
B(V相)に入力する。電流制御アンプ8A(U相),
8B(V相)はそれぞれの一次電流指令I1U *、I1V *
と電流検出信号IUFB 、IVFB 信号を入力し比較増幅す
る。8Cは、U相電流制御アンプ8Aの出力である変調
波信号EU とV相電流制御アンプ8Bの出力である変調
波信号EV を加算し反転させ、W相変調波信号EW を出
力するW相電流制御アンプである。それぞれの変調波信
号EU 、EV 、EW は、三角波発振器9より出力される
搬送波とコンパレータ10A(U相)、10B(V
相)、10C(W相)にて比較され、各々PWM変調さ
れる。
【0014】また、20AはU相コンパレータ10Aの
出力信号より直流成分を検出するU相ローパスフィルタ
であり、20BはV相コンパレータ10Bの出力信号よ
り直流成分を検出するV相ローパスフィルタである。2
1AはU相ローパスフィルタ20Aの出力の直流成分を
積分するU相積分回路であり、21BはV相ローパスフ
ィルタ20Bの出力の直流成分を積分するV相積分回路
である。U相積分回路21Aの出力信号はU相の加減算
する制御アンプ30Aに入力され、V相積分回路21B
の出力信号はV相の加減算する制御アンプ30Bに入力
される。
【0015】次に、上記のように構成された制御回路に
おいて、例えばU相の電流制御について説明する。ま
ず、U相ホール電流検出器6Aの直流オフセット電圧が
零の場合、前述したようにU相電流制御アンプ8Aの出
力である変調波信号EU は、直流分が重畳されない正弦
波であり、搬送波と比較したU相コンパレータ10Aの
出力波形も直流成分を含まないPWM変調波となる。従
って、U相ローパスフィルタ20Aの出力は零であり、
U相積分回路21Aの出力も零である。U相電流制御ア
ンプ8Aの入出力波形は図3(a)に、U相コンパレー
タ10Aの入出力波形は図3(b)に示した関係にな
る。従って、交流電動機4に流れるU相電流は直流成分
を含まない正弦波の電流が流れる。
【0016】次に、温度変化によりU相ホール電流検出
器6Aの出力電圧がプラス側にオフセットを生じた場
合、前述したようにU相電流制御アンプ8Aは正弦波の
一次電流指令I1U * に対し、加減算する制御アンプ30
Aの出力信号IUFB との偏差を常に零となるように制御
する。従ってU相電流制御アンプ8Aの出力である変調
波信号EU はマイナス側に直流分が重畳された正弦波で
あり、搬送波と比較したU相コンパレータ10Aの出力
波形もマイナス側に直流成分が重畳されたPWM変調波
となる。しかし、U相コンパレータ10Aの出力信号に
直流成分が重畳されると、U相ローパスフィルタ20A
にて直流成分だけが検出される。直流成分はU相積分回
路21Aにてゆっくりと積分され、U相積分回路21A
の出力信号はU相の加減算する制御アンプ30Aに入力
される。ここで、U相積分回路21Aの出力信号をマイ
ナス方向に出力するように構成すると、U相電流制御ア
ンプ8Aの出力である変調波信号EU に含まれる直流成
分は徐々に減少し、搬送波と比較したU相コンパレータ
10Aの出力信号に含まれる直流成分も徐々に減少す
る。その結果、U相電流制御アンプ8Aの出力である変
調波信号EU は、直流分が重畳されない正弦波となり、
搬送波と比較したU相コンパレータ10Aの出力波形も
直流成分を含まないPWM変調波となる。従って、交流
電動機4に流れるU相電流は直流成分を含まない正弦波
の電流が流れる。
【0017】前述したように、電流制御アンプの制御は
高速応答が必要であるのに対し、温度はゆっくりと変化
するので応答の遅い積分回路の出力信号にて電流制御ア
ンプを補正するので、電流制御アンプの制御は安定に動
作する。
【0018】
【考案の効果】以上説明したように、本考案によると、
ホール電流検出器に温度変化により直流オフセットが生
じても、自動的に補正を行うので安定な電流制御がで
き、その結果、交流電動機には直流分を含まない正弦波
の電流が流れるので、交流電動機の出力負荷に安定なト
ルクを供給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】本考案の一実施例の回路図。
【図2】従来の交流電動機の制御装置の回路図。
【図3】(a)はホール電流検出器のオフセット電圧が
零の場合の電流制御アンプの入出力波形図、(b)はホ
ール電流検出器のオフセット電圧が零の場合のコンパレ
ータの入出力波形図。
【図4】(a)はホール電流検出器のオフセット電圧が
プラス側に生じた場合の電流制御アンプの入出力波形
図、(b)はホール電流検出器のオフセット電圧がプラ
ス側に生じた場合のコンパレータの入出力波形図。
【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、6A,6B…電流
検出器、7…速度制御部、8A,8B,8C…電流制御
アンプ、9…三角波発振器、10A,10B,10C…
コンパレータ、11…ベース駆動回路、20A,20B
…ローパスフィルタ、21A,21B…積分回路、30
A,30B…加減算する制御アンプ。

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交流電流を検出する
    電流検出器と、前記電流検出器で検出された電流検出信
    号と交流電動機の電流指令信号とを入力する電流制御ア
    ンプと、前記電流制御アンプの出力である変調波信号と
    搬送波信号とを比較するコンパレータとにより構成し、
    交流電動機に流れる交流電流を制御する制御装置におい
    て、前記コンパレータの出力信号に含まれる基本波電流
    成分と搬送波電流成分とを遮断し直流成分だけを検出す
    るローパスフィルタと、前記ローパスフィルタの出力信
    号である直流成分を積分する積分回路と、前記積分回路
    の出力信号と前記電流検出器の出力信号とを加減算する
    制御アンプと、前記制御アンプの出力信号を前記電流制
    御アンプに入力し、前記電流制御器の直流オフセットを
    自動的に補正するように構成した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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