JP2677686B2 - Drive device for brushless motor - Google Patents

Drive device for brushless motor

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JP2677686B2
JP2677686B2 JP1294685A JP29468589A JP2677686B2 JP 2677686 B2 JP2677686 B2 JP 2677686B2 JP 1294685 A JP1294685 A JP 1294685A JP 29468589 A JP29468589 A JP 29468589A JP 2677686 B2 JP2677686 B2 JP 2677686B2
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嘉伸 中村
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Description

【発明の詳細な説明】 [発明の目的] (産業上の利用分野) 本発明はインバータ回路を用いたブラシレスモータの
駆動装置に関する。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION [Object of the Invention] (Field of Industrial Application) The present invention relates to a drive device for a brushless motor using an inverter circuit.

(従来の技術) ブラシレスモータにおいては、固定子巻線と永久磁石
形の回転子との相対的位置をホール素子等の位置検出素
子を用いずに固定子巻線に生ずる誘起電圧を含む端子電
圧を利用して検出する方式が採用されるようになってき
ている。
(Prior Art) In a brushless motor, the relative position of the stator winding and the permanent magnet type rotor is determined by the terminal voltage including the induced voltage generated in the stator winding without using a position detecting element such as a Hall element. The method of detecting by utilizing is becoming popular.

この従来例を第5図に示す。即ち、1は直流電源、2
はブラシレスモータ3の固定子巻線3U,3V及び3Wに通電
するためのインバータ回路、4,5及び6は固定子巻線3U,
3V及び3Wに生ずる誘起電圧を含む端子電圧UV,VV及びWV
を90゜移相させるフィルタ回路、7はこれらのフィルタ
回路4乃至6の出力信号から中性点電圧NVを得る検出回
路、8,9及び10は一次遅れ要素たるフィルタ回路4,5及び
6の出力信号と中性点電圧NVとを夫々比較する比較器、
11は制御回路である。第6図は従来例の動作を示すタイ
ムチャートであり、今、これを参照してU相について考
えてみる。固定子巻線3Uに生ずる端子電圧UV(第6図
(a)参照)には、インバータ回路2の転流時に対アー
ム還流ダイオードの導通によって生ずるスパイク状の電
圧成分が含まれている。このスパイク状の電圧成分の影
響をなくすために、端子電圧UVをフィルタ回路4によっ
て90゜位相をシフトさせ、第6図(b)で示すような移
相電圧DUVとする。その後、この移相電圧DUVと第6図
(b)に示す中性点電圧NVとを比較器8により比較し、
第6図(c)で示すように位置検出信号PSUを得る。他
のV及びW相についても同様であり、端子電圧VV及びWV
に基づいて比較器9及び10から第6図(d)及び(e)
で示すように位置検出信号PSV及びPSWを得る。これらの
位置検出信号PSU,PSV及びPSWは180゜通電の120゜位相の
異なる信号となり、これらが制御回路11に与えられるこ
とにより、その制御回路11は6つの転流信号を出力して
インバータ回路2のスイッチング素子たるトランジスタ
のベースに与えるようになる。
This conventional example is shown in FIG. That is, 1 is a DC power supply, 2
Is an inverter circuit for energizing the stator windings 3U, 3V and 3W of the brushless motor 3, and 4, 5 and 6 are stator windings 3U,
Terminal voltage UV, VV and WV including induced voltage generated at 3V and 3W
, 90 is a filter circuit for shifting the phase by 90 °, 7 is a detection circuit for obtaining the neutral point voltage NV from the output signals of these filter circuits 4 to 6, and 8, 9 and 10 are filter circuits 4, 5 and 6 which are first-order lag elements. A comparator for comparing the output signal and the neutral point voltage NV, respectively,
Reference numeral 11 is a control circuit. FIG. 6 is a time chart showing the operation of the conventional example, and the U phase will now be considered with reference to this. The terminal voltage UV (see FIG. 6 (a)) generated in the stator winding 3U includes a spike-shaped voltage component generated by conduction of the anti-arm return diode during commutation of the inverter circuit 2. In order to eliminate the influence of this spike-shaped voltage component, the terminal voltage UV is phase-shifted by 90 ° by the filter circuit 4 to obtain the phase shift voltage DUV as shown in FIG. 6 (b). Thereafter, the phase shift voltage DUV and the neutral point voltage NV shown in FIG. 6 (b) are compared by the comparator 8,
The position detection signal PSU is obtained as shown in FIG. The same applies to the other V and W phases, and the terminal voltages VV and WV
6 (d) and (e) from the comparators 9 and 10 based on FIG.
Position detection signals PSV and PSW are obtained as indicated by. These position detection signals PSU, PSV and PSW are signals of 180 ° energization and different in 120 ° phase, and when these are supplied to the control circuit 11, the control circuit 11 outputs six commutation signals and outputs the inverter circuit. It is applied to the base of the transistor which is the second switching element.

(発明が解決しようとする課題) ところが、上記従来の構成では、端子電圧UV,VV及びW
Vに含まれるスパイク状の電圧成分を除去するために90
゜遅れ位相特性を有するフィルタ回路4乃至6を設けて
いるので、フィルタ回路4乃至6の時定数が大きく、こ
のため、急激な加減速に追従できない問題があり、又、
低速度領域での位置検出が困難になる問題がある。更
に、端子電圧UV,VV及びWVに含まれるスパイク状の電圧
成分の大きさは、固定子巻線3U,3V及び3Wの電流即ち負
荷の大きさによって変化するので、負荷変動が大きいと
フィルタ回路4乃至6以降の信号波形に位相誤差を生ず
ることになり、安定性に問題がある。
(Problems to be Solved by the Invention) However, in the above conventional configuration, the terminal voltages UV, VV and W
90 to remove spike-like voltage components contained in V
Since the filter circuits 4 to 6 having the delay phase characteristic are provided, the time constants of the filter circuits 4 to 6 are large, which causes a problem that rapid acceleration / deceleration cannot be followed.
There is a problem that it becomes difficult to detect the position in the low speed region. Further, the magnitudes of spike-shaped voltage components included in the terminal voltages UV, VV and WV vary depending on the currents of the stator windings 3U, 3V and 3W, that is, the magnitude of the load. A phase error will occur in the signal waveforms of 4 to 6 and thereafter, and there is a problem in stability.

本発明は上記事情に鑑みてなされたもので、その目的
は、固定子巻線の端子電圧を用いずにインバータ回路の
直流側部分に流れる電流に基づいて制御するようにし
て、急激な加減速及び負荷変動に対して応答性がよく、
安定性の向上を図り得るブラシレスモータの駆動装置を
提供するにある。
The present invention has been made in view of the above circumstances, and an object of the present invention is to perform control based on a current flowing in a DC side portion of an inverter circuit without using a terminal voltage of a stator winding, thereby performing a rapid acceleration / deceleration. And good response to load changes,
(EN) Provided is a brushless motor drive device capable of improving stability.

[発明の構成] (課題を解決するための手段) 本発明は、永久磁石形の回転子と、この回転子に回転
力を与えるべく磁界を作用させる複数相の固定子巻線を
有する固定子とを備えたブラシレスモータにおいて、ス
イッチング素子を有して直流電源からの直流電圧を交流
電圧に変換して前記固定子巻線に供給するためのインバ
ータ回路を設け、このインバータ回路の直流側部分の電
流を検出する電流検出手段を設け、この電流検出手段の
直流電流信号における前記インバータ回路の出力周波数
に基づく所定の電気角毎の直前及び直後の値の差を求め
ることにより力率信号を演算する力率演算手段を設け、
この力率演算手段の演算結果と指令値とから電圧信号及
び周波数信号を演算する電圧周波数演算手段を設け、こ
の電圧周波数演算手段の演算結果に基づいて前記インバ
ータ回路のスイッチング素子にドライブ信号を与えるよ
うにしたことを特徴とするものである。
[Means for Solving the Problems] (Means for Solving the Problems) The present invention relates to a stator having a permanent magnet type rotor and a plurality of phases of stator windings for applying a magnetic field to give a rotational force to the rotor. In a brushless motor provided with, an inverter circuit for converting a direct current voltage from a direct current power supply into an alternating current voltage and supplying the stator winding with a switching element is provided, and a DC side portion of the inverter circuit is provided. The power factor signal is calculated by providing the current detecting means for detecting the current and obtaining the difference between the values immediately before and after each predetermined electrical angle based on the output frequency of the inverter circuit in the DC current signal of the current detecting means. Providing power factor calculation means,
A voltage frequency calculation means for calculating a voltage signal and a frequency signal from the calculation result of the power factor calculation means and the command value is provided, and a drive signal is given to the switching element of the inverter circuit based on the calculation result of the voltage frequency calculation means. It is characterized by doing so.

(作用) 本発明のブラシレスモータの駆動装置によれば、イン
バータ回路の直流側部分に流れる電流即ち電流検出手段
の直流電流信号におけるそのインバータ回路の出力周波
数の所定の電気角(例えば3相であれば電気角60゜)毎
の直前及び直後の値の差により力率演算手段で力率信号
を演算し、この力率信号及び指令値に基づいて電圧周波
数演算手段により電圧信号及び周波数信号を演算してブ
ラシレスモータの制御を行なうようにしているので、ブ
ラシレスモータの固定子巻線の端子電圧により位置検出
信号を得る必要はなく、従って、90゜遅れ特性を有する
フィルタ回路を用いる必要がなくて、急激な加減速及び
負荷変動に対する応答性をよくし得るものである。
(Operation) According to the brushless motor drive device of the present invention, the current flowing in the direct current side portion of the inverter circuit, that is, the direct current signal of the current detection means, the predetermined electrical angle of the output frequency of the inverter circuit (for example, three phases). For example, the power factor calculation means calculates the power factor signal by the difference between the values immediately before and after each electrical angle 60 °), and the voltage frequency calculation means calculates the voltage signal and the frequency signal based on the power factor signal and the command value. Since the brushless motor is controlled by means of the brushless motor, it is not necessary to obtain the position detection signal by the terminal voltage of the stator winding of the brushless motor, and therefore it is not necessary to use a filter circuit having a 90 ° delay characteristic. It is possible to improve the responsiveness to rapid acceleration / deceleration and load fluctuation.

(実施例) 以下、本発明の第1の実施例につき第1図乃至第3図
を参照しながら説明する。
(Embodiment) Hereinafter, a first embodiment of the present invention will be described with reference to FIGS.

先ず、第1図に従って、全体の構成について述べる。
21は3相の交流電源であり、その3相交流電圧は6個の
ダイオードを3相ブリッジ接続してなる全波整流回路22
の交流入力端子に与えられるようになっている。この全
波整流回路22の直流出力電圧はこれとともに直流電源23
を構成する平滑用コンデンサ24を介して直流母線25,26
に与えられるようになっている。27は6個のスイッチン
グ素子たるトランジスタを3相ブリッジ接続してなるイ
ンバータ回路であり、その入力端子には直流母線25,26
間の直流電圧が与えられるようになっている。28は3相
4極のブラシレスモータであり、これは、U,V及びW相
の固定子巻線29U,29V及び29Wを有する固定子29と、永久
磁石形の回転子30とを備えている。そして、固定子巻線
29U,29V及び29Wはスター結線されていて、これらにイン
バータ回路27の出力端子からの交流出力電圧が供給され
るようになっている。31はホールCTからなる電流検出器
であり、これはインバータ回路27の直流側部分たる直流
母線25に設けられている。32は直流増幅回路であり、こ
れは電流検出器31とともに電流検出手段33を構成するも
のである。そして、電流検出器31により検出された直流
電流信号Idcは、直流増幅回路32を介して力率演算手段
たる力率演算回路34の入力端子に与えられるようになっ
ている。この力率演算回路34は、後述するように、直流
電流信号Idcに基づいて力率信号ΔIdc及び電流変化量Δ
Idc′を演算するもので、その力率信号ΔIdc及び電流変
化量ΔIdc′は出力端子から信号として出力されて電圧
周波数(V/F)演算手段たるV/F演算回路35の入力端子に
与えられるようになっている。このV/F演算回路35は、
これも後述するように、力率信号ΔIdc,電流変化量ΔId
c′及び図示しない設定器から与えられる速度指令値ω
に基づいて電圧信号V及び周波数信号Fを演算するも
ので、これらは出力端子から出力されてドライブ回路36
の入力端子に与えられるようになっている。そして、ド
ライブ回路36は、電圧信号V及び周波数信号Fに基づい
てPWM制御された6つのドライブ信号を出力端子から出
力してインバータ回路27の6個のトランジスタのベース
に与えるようになっており、これにより、ブラシレスモ
ータ28の回転子30は速度指令値ωの示す回転速度で回
転されるようになっている。
First, the overall configuration will be described with reference to FIG.
Reference numeral 21 is a three-phase AC power supply, and its three-phase AC voltage is a full-wave rectifier circuit in which six diodes are connected in a three-phase bridge.
It is designed to be applied to the AC input terminal of. The DC output voltage of this full-wave rectifier circuit 22 is the same as the DC power supply 23.
Through the smoothing capacitor 24 that composes
Is to be given. Reference numeral 27 is an inverter circuit in which transistors, which are six switching elements, are connected in a three-phase bridge, and its input terminals are DC buses 25 and 26.
A DC voltage between them is applied. 28 is a three-phase, four-pole brushless motor, which comprises a stator 29 having U, V and W phase stator windings 29U, 29V and 29W, and a permanent magnet rotor 30. . And stator winding
29U, 29V, and 29W are star-connected, and the AC output voltage from the output terminal of the inverter circuit 27 is supplied to them. Reference numeral 31 is a current detector composed of a Hall CT, which is provided on the DC bus 25 which is the DC side portion of the inverter circuit 27. Reference numeral 32 denotes a DC amplification circuit, which constitutes a current detection means 33 together with the current detector 31. The DC current signal Idc detected by the current detector 31 is supplied to the input terminal of the power factor calculation circuit 34, which is the power factor calculation means, via the DC amplification circuit 32. As will be described later, the power factor calculation circuit 34 uses the direct current signal Idc to calculate the power factor signal ΔIdc and the current change amount Δ.
Idc ′ is calculated, and the power factor signal ΔIdc and current change amount ΔIdc ′ are output as signals from the output terminal and given to the input terminal of the V / F calculation circuit 35 which is the voltage frequency (V / F) calculation means. It is like this. This V / F arithmetic circuit 35
As will be described later, the power factor signal ΔIdc and the current change amount ΔId
c'and the speed command value ω given from the setter not shown
The voltage signal V and the frequency signal F are calculated based on * , and these are output from the output terminal to drive circuit 36.
It is designed to be applied to the input terminal of. The drive circuit 36 outputs six drive signals PWM-controlled on the basis of the voltage signal V and the frequency signal F from the output terminal and supplies the drive signals to the bases of the six transistors of the inverter circuit 27. As a result, the rotor 30 of the brushless motor 28 is rotated at the rotation speed indicated by the speed command value ω * .

さて、第2図に従って、V/F演算回路35の具体的構成
について述べる。速度指令値ωは加減速時間要素37を
介して積分要素38及びV/F制御要素39の各入力端子に与
えられるようになっており、積分要素38は周波数指令信
号Fを出力端子から出力して減算器40の正(+)入力
端子に与え、V/F制御要素39は電圧指令信号Vを出力
端子から出力して加算器41の一方の正(+)入力端子に
与えるようになっている。力率信号ΔIdcは電力演算要
素42の一方の入力端子に与えられるようになっていると
ともに、電力演算要素42の他方の入力端子には電圧指令
信号Vが電圧演算要素43を介して与えられるようにな
っており、その電力演算要素42は電力値Wを演算して出
力端子から出力する。この演算された電力値Wは、第1
の制御要素44を介して加算器41の他方の正(+)入力端
子に与えられるようになっているとともに、第2の制御
要素45を介して加算器46の一方の正(+)入力端子に与
えられるようになっている。そして、電流変化量ΔId
c′は第3の制御要素47を介して加算器46の他方の正
(+)入力端子に与えられ、その加算器46の加算結果は
出力端子から出力されて減速器40の負(−)入力端子に
与えられるようになっている。
Now, a specific configuration of the V / F arithmetic circuit 35 will be described with reference to FIG. The speed command value ω * is applied to each input terminal of the integration element 38 and the V / F control element 39 via the acceleration / deceleration time element 37, and the integration element 38 outputs the frequency command signal F * from the output terminal. The V / F control element 39 outputs the voltage command signal V * from the output terminal and outputs it to one positive (+) input terminal of the adder 41. It has become. The power factor signal ΔIdc is supplied to one input terminal of the power calculation element 42, and the voltage command signal V * is supplied to the other input terminal of the power calculation element 42 via the voltage calculation element 43. The power calculation element 42 calculates the power value W and outputs it from the output terminal. This calculated power value W is the first
Is provided to the other positive (+) input terminal of the adder 41 via the control element 44 of the above, and one positive (+) input terminal of the adder 46 is provided via the second control element 45. To be given to. Then, the current change amount ΔId
c'is given to the other positive (+) input terminal of the adder 46 via the third control element 47, and the addition result of the adder 46 is output from the output terminal to the negative (-) side of the speed reducer 40. It is designed to be applied to the input terminal.

次に、本実施例の作用つき第3図をも参照して説明す
る。
Next, the operation of this embodiment will be described with reference to FIG.

第3図には、インバータ回路27により力率制御を行な
わなかった場合における力率変化に対する電流検出手段
33の直流電流信号Idcの波形を示す。即ち、力率が遅れ
た場合には、同図(a)で示すように、出力周波数の1/
6周期(電気角で60゜)毎に波形が変化し、その変化は
右上りとなる。反対に、力率が進んだ場合には、同図
(c)で示すように、同周期毎に波形が変化し、その変
化は右下りとなる。そして、力率が略1になった場合に
は、同図(b)で示すように、ほとんど変化のない波形
となる。そこで、直流電流信号Idcの波形が電気角で60
゜毎に繰返し変化することから、その電気角60゜毎の時
点(0゜,60゜,120゜,180゜…360゜)に着目し、その各
時点の直前たるA点の電流値Iaと直後たるB点の電流値
Ibとの差(Ib−Ia)を検出し、この差が零即ち電流値I
a,Ibが等しくなるように制御することで、第3図(b)
に示す如く力率が略1となるようにブラシレスモータ28
を運転させることができる。即ち、固定子巻線の端子電
圧から磁極位置を検出する従来のブラシレスモータの方
式と同等の運転を行なわせることができるのである。
FIG. 3 shows a current detection means for a change in power factor when the inverter circuit 27 does not perform power factor control.
33 shows the waveform of the DC current signal Idc of 33. That is, when the power factor is delayed, as shown in FIG.
The waveform changes every 6 cycles (60 electrical degrees), and the change is to the upper right. On the contrary, when the power factor advances, the waveform changes in each same cycle as shown in FIG. 7C, and the change is downward rightward. When the power factor becomes approximately 1, the waveform has almost no change as shown in FIG. Therefore, the waveform of the DC current signal Idc is 60 in electrical angle.
Since it changes repeatedly every °°, pay attention to the time points (0 °, 60 °, 120 °, 180 °… 360 °) at every 60 ° electrical angle, and find the current value Ia at point A just before each time point. Immediately after the current value at point B
The difference from Ib (Ib-Ia) is detected and this difference is zero, that is, the current value I
By controlling so that a and Ib are equal, Fig. 3 (b)
Brushless motor 28 so that the power factor is approximately 1 as shown in
Can be driven. That is, it is possible to perform an operation equivalent to that of the conventional brushless motor system in which the magnetic pole position is detected from the terminal voltage of the stator winding.

而して、力率演算回路34は、電流検出手段33から与え
られる直流電流信号Idcを一定のサンプリング周期で検
出して、電気角60゜毎の直後の電流値Idから直前の電流
Iaを差引いた値(Ib−Ic)を力率信号ΔIdcとして演算
するとともに、その電気角60゜中の電流変化量ΔIdc′
も演算する。ここで、力率信号ΔIdcは、正(+)或い
は負(−)の電流値を示すもので、力率そのものを示す
ものではない。
Thus, the power factor calculation circuit 34 detects the DC current signal Idc supplied from the current detection means 33 at a constant sampling cycle, and calculates the current value Id immediately after each electrical angle 60 ° from the current value Id immediately before.
The value obtained by subtracting Ia (Ib-Ic) is calculated as the power factor signal ΔIdc, and the amount of current change ΔIdc ′ during the electrical angle of 60 ° is calculated.
Is also calculated. Here, the power factor signal ΔIdc indicates a positive (+) or negative (−) current value, and does not indicate the power factor itself.

一方、V/F演算回路35において、速度指令値ωが加
減速時間要素37に与えられると、加減速時間要素37の出
力は速度指令値ωが任意の加減速時間で上昇するもの
となり、これが積分要素38により積分されて周波数指令
信号Fとして出力されるととともに、V/F制御要素39
により任意のV/Fパターンと対比されて電圧指令信号V
として出力される。そして、電圧指令信号Vは電圧
演算要素43により適宜の係数を乗算された上で電圧値と
して電力演算要素42に与えられる。この電力演算要素42
では、上述した電圧演算要素43からの電圧値と力率信号
ΔIdcと係数Kとが乗算されて電力値Wとして出力され
る。従って、電力値Wは、 W=V×ΔIdc×K ……(1) となる。この電力値Wが与えられる第1の制御要素44で
は、電力値Wの電圧成分値Vdcを演算により求めるとと
もに、 W×KP(但し、KPは定数) ……(2) (Vdc)=(Vdc)N-1+W×KI (但し、KIは係数,N≧1且つ整数) ……(3) (1)式+(2)式より (Vdc)+W×KP ……(4) の比例積分処理を行なって、これを加算器41に与える。
従って、加算器41では、上記(4)式と電圧指令信号V
とを換算し、 V=V+(Vdc)+W×KP ……(5) の如く電圧信号Vの演算を行なうことになる。前述の
(4)式は所謂比例積分(PI)制御の式である。(5)
式から明らかなように、電力値Wが正の時即ち力率信号
ΔIdcが正の時には、第2図のB点の電流値IbがA点の
電流値Iaよりも大であるので、進み力率であり、電圧信
号Vが上昇され、逆に、電力値Wが負の時即ち力率信号
ΔIdcが負の時には、同図のB点の電流値IbがA点の電
流値Iaよりも小であるので、遅れ力率であり、電圧信号
Vが下降される。尚、この電圧制御に当っては(4)式
のようにPI制御を行なうようにしたが、用途によっては
比例積分微分(PID)制御を行なうようにしてもよい。
又、電力値Wが与えられる第2の制御要素45では、 W×K1(但し、K1は係数) ……(6) の乗算を行なうものであり、これは電気角60゜毎に制御
される要素である。更に、電流変化量ΔIdc′が与えら
れる第3の制御要素47では、 ΔIdc′×K2(但し、K2は係数) ……(7) の乗算を行なうものであり、これは常に制御される要素
である。そして、これらの制御要素45及び47の(6)式
及び(7)式で示される出力は加算器46で加算された上
で減算器40に与えられるので、その減算器40において
は、 F=F−(W×KI+ΔIdc′×K2) ……(8) の減算が行なわれ、周波数信号Fが出力される。即ち、
電流値W若しくは電流変化量ΔIdc′が増加した時に
は、周波数信号Fが小になってインバータ回路27の出力
周波数を下げ、逆に、電力値W若しくは電流変化量ΔId
c′が減少した時には、周波数信号Fが大になってイン
バータ回路27の出力周波数を上げるようになり、電流の
増減即ち負荷変動に対して位相制御を行なうようになっ
て、急激な負荷変動にも安定な制御を行なうものであ
る。このように、V/F演算回路35においては、速度指令
値ωにより決定される電圧指令信号V及び周波数指
令信号Fと直流電流信号Idcの変化に応じたフィード
バック量で定まる増加分若しくは減少分との演算が行な
われることにより電圧信号V及び周波数信号Fが出力さ
れ、これに応じて、ドライブ回路36及びインバータ回路
27を介してブラシレスモータ28が力率が略1となるよう
に運転制御される。
On the other hand, in the V / F arithmetic circuit 35, when the speed command value ω * is given to the acceleration / deceleration time element 37, the output of the acceleration / deceleration time element 37 is such that the speed command value ω * rises at any acceleration / deceleration time. , Which is integrated by the integration element 38 and output as the frequency command signal F * , and the V / F control element 39
The voltage command signal V is compared with an arbitrary V / F pattern by
It is output as * . Then, the voltage command signal V * is applied to the power calculation element 42 as a voltage value after being multiplied by an appropriate coefficient by the voltage calculation element 43. This power calculation element 42
Then, the voltage value from the voltage calculation element 43 described above is multiplied by the power factor signal ΔIdc and the coefficient K and output as the power value W. Therefore, the power value W is W = V * × ΔIdc × K (1) In the first control element 44 to which the power value W is given, the voltage component value Vdc of the power value W is calculated and W × K P (where K P is a constant) (2) (Vdc) N = (Vdc) N-1 + W × K I (where K I is a coefficient, N ≥ 1 and an integer) …… (3) From formula (1) + (2) (Vdc) N + W × K P …… The proportional-plus-integral processing of (4) is performed, and this is given to the adder 41.
Therefore, in the adder 41, the above formula (4) and the voltage command signal V
By converting * and, the voltage signal V is calculated as V = V * + (Vdc) N + W × K P (5). The above equation (4) is a so-called proportional integral (PI) control equation. (5)
As is clear from the equation, when the power value W is positive, that is, when the power factor signal ΔIdc is positive, the current value Ib at point B in FIG. 2 is larger than the current value Ia at point A, so When the power value W is negative, that is, when the power factor signal ΔIdc is negative, the current value Ib at point B in the figure is smaller than the current value Ia at point A. Is the delay power factor, and the voltage signal V is lowered. Incidentally, in this voltage control, PI control is performed as shown in equation (4), but proportional-integral-derivative (PID) control may be performed depending on the application.
Further, the second control element 45 to which the electric power value W is given is for multiplying W × K 1 (where K 1 is a coefficient) (6), which is controlled at every 60 ° electrical angle. Is an element that is Further, the third control element 47 to which the current change amount ΔIdc ′ is given is for multiplying ΔIdc ′ × K 2 (where K 2 is a coefficient) (7), which is always controlled. Is an element. Then, the outputs of these control elements 45 and 47 represented by the equations (6) and (7) are added by the adder 46 and then given to the subtractor 40. Therefore, in the subtractor 40, F = F * − (W × K I + ΔIdc ′ × K 2 ) (8) is subtracted and the frequency signal F is output. That is,
When the current value W or the current change amount ΔIdc ′ increases, the frequency signal F decreases and the output frequency of the inverter circuit 27 decreases, and conversely, the power value W or the current change amount ΔIdc ′.
When c'decreases, the frequency signal F becomes large and the output frequency of the inverter circuit 27 rises, and phase control is performed in response to an increase / decrease in current, that is, load fluctuation, resulting in a sudden load fluctuation. Also provides stable control. As described above, in the V / F arithmetic circuit 35, the voltage command signal V * determined by the speed command value ω *, the frequency command signal F *, and the increment determined by the feedback amount according to the change of the direct current signal Idc or The voltage signal V and the frequency signal F are output by performing the calculation with the decrement, and accordingly, the drive circuit 36 and the inverter circuit are output.
The operation of the brushless motor 28 is controlled via 27 so that the power factor becomes approximately 1.

このような本実施例によれば、次のような効果を得る
ことができる。
According to this embodiment, the following effects can be obtained.

即ち、インバータ回路27の直流側部分たる直流母線25
に流れる電流を電流検出手段33で検出し、その検出した
直流電流信号Idcの変化から力率信号ΔIdc及び電流変化
量ΔIdc′を力率演算回路34により演算し、そして、そ
の演算結果と速度指令値ωとから電圧信号V及び周波
数信号FをV/F演算回路35により演算し、これらの電圧
信号V及び周波数信号Fに基づきドライブ回路36及びイ
ンバータ回路27を介してブラシレスモータ28を力率が略
1となるように運転制御するようにしたので、固定子巻
線の端子電圧を利用していた従来とは異なり、一次遅れ
要素たるフィルタ回路を用いる必要がなく、従って、急
激な加減速及び負荷変動に対して応答性がよく、安定性
の向上を図ることができ、又、外乱に対しても優れた応
答性をもち、低速領域でも検出可能で、制御範囲を広く
とることができる。
That is, the DC bus 25 which is the DC side portion of the inverter circuit 27.
Is detected by the current detecting means 33, the power factor signal ΔIdc and the current change amount ΔIdc ′ are calculated by the power factor calculating circuit 34 from the change in the detected direct current signal Idc, and the calculation result and the speed command The voltage signal V and the frequency signal F are calculated from the value ω * by the V / F calculation circuit 35, and the power factor of the brushless motor 28 is set through the drive circuit 36 and the inverter circuit 27 based on the voltage signal V and the frequency signal F. Since the operation is controlled so that the output voltage becomes approximately 1, unlike the conventional method in which the terminal voltage of the stator winding is used, it is not necessary to use a filter circuit that is a first-order lag element, and therefore rapid acceleration / deceleration is performed. Also, it has good responsiveness to load fluctuations and can improve stability. It also has excellent responsiveness to external disturbances, can detect even in a low speed range, and can take a wide control range. .

又、電流検出手段33の直流電流信号Idcを過電流,過
負荷の検出保護用及び出力表示のための計測用としても
共用することができ、従って、一つの電流検出手段33に
よって速度制御,過電流及び過負荷の保護並びに計測の
種々の目的を達成でき、夫々専用の電流検出手段を設け
る必要がなくて、それだけコスト安になるとともに、取
付スペースが少なくて済むものとなる。
In addition, the DC current signal Idc of the current detection means 33 can be shared for overcurrent and overload detection protection and measurement for output display. Therefore, one current detection means 33 can control the speed and The various objectives of current and overload protection and measurement can be achieved, and it is not necessary to provide a dedicated current detection means for each, and the cost is reduced accordingly, and the installation space is small.

第4図は本発明の第2の実施例であり、第2図と同一
部分には同一符号を付して示す。第2図と異なるところ
は、積分要素38の出力及び第1の制御要素44の出力を減
算器50の正(+)入力端子及び負(−)入力端子に夫々
与え、V/F制御要素39の出力及び加算器46の出力を加算
器51の一方及び他方の正(+)入力端子に夫々与えるよ
うにした点にある。
FIG. 4 shows a second embodiment of the present invention, and the same parts as those in FIG. 2 are designated by the same reference numerals. The difference from FIG. 2 is that the output of the integrating element 38 and the output of the first control element 44 are given to the positive (+) input terminal and the negative (-) input terminal of the subtractor 50 respectively, and the V / F control element 39 is supplied. 2 and the output of the adder 46 are applied to one and the other positive (+) input terminals of the adder 51, respectively.

この結果、加算器51の出力たる電圧信号Vは、 V=V+(W×KI+ΔIdc′×K2) ……(9) となり、減算器50の出力たる周波数信号Fは F=F−[(Vdc)+W×KP] ……(10) となり、周波数信号FがPI制御となる。As a result, the voltage signal V output from the adder 51 becomes V = V * + (W × K I + ΔIdc ′ × K 2 ) (9), and the frequency signal F output from the subtractor 50 is F = F * -[(Vdc) N + W x K P ] (10), and the frequency signal F becomes PI control.

従って、第1の実施例では、負荷変動に対して主とし
て電圧制御を行なうのに対し、この第2の実施例では、
負荷変動に対して主として位相制御を行なうようにな
る。
Therefore, in the first embodiment, voltage control is mainly performed with respect to load fluctuation, whereas in the second embodiment,
Phase control is mainly performed for load fluctuations.

尚、上記各実施例は駆動装置を機能別のブロック線図
として示したものであるが、例えば力率演算回路34及び
V/F演算回路35をマイクロコンピュータで構成すること
も可能である。
In the above-mentioned respective embodiments, the drive device is shown as a block diagram for each function, but for example, the power factor calculation circuit 34 and
It is also possible to configure the V / F arithmetic circuit 35 with a microcomputer.

その他、本発明は上記し且つ図面に示す実施例にのみ
限定させるものではなく、例えば3相に限られず複数相
のブラシレスモータ全般に適用できる等、要旨を逸脱し
ない範囲内で適宜変形して実施し得ることは勿論であ
る。
In addition, the present invention is not limited to the embodiments described above and shown in the drawings, and is appropriately modified within a range not departing from the gist such as applicable to general brushless motors of a plurality of phases without being limited to three phases. Of course, you can do that.

[発明の効果] 本発明のブラシレスモータの駆動装置は以上説明した
ように、インバータ回路の直流側部分に流れる電流を検
出して、その検出した直流電流信号の変化より力率信号
を得、この力率信号と指令値との演算結果に基づきブラ
シレスモータを力率が略1となるように運転制御するよ
うにしたので、一次遅れ要素たるフィルタ回路を用いる
必要がなく、従って、急激な加減速及び負荷変動に対し
て応答性がよくて、安定性の向上を図り得、広範囲な制
御が可能になるという優れた効果を奏するものである。
[Effects of the Invention] As described above, the brushless motor drive device of the present invention detects the current flowing in the DC side portion of the inverter circuit and obtains the power factor signal from the change in the detected DC current signal. Since the brushless motor is operated and controlled so that the power factor becomes approximately 1 based on the calculation result of the power factor signal and the command value, it is not necessary to use a filter circuit which is a first-order lag element, and therefore a rapid acceleration / deceleration is performed. In addition, the responsiveness to the load fluctuation is good, the stability can be improved, and a wide range of control can be achieved, which is an excellent effect.

【図面の簡単な説明】[Brief description of the drawings]

第1図乃至第3図は本発明の第1の実施例を示し、第1
図は全体の電気的構成を示すブロック線図、第2図は電
圧周波数演算回路の具体的構成を示すブロック線図、第
3図は力率が異なる状態での直流電流信号の波形図であ
り、第4図は本発明の第2の実施例を示す第2図相当図
であり、そして、第5図は従来例の電気的構成図、第6
図は同作用説明用の各部の信号波形図である。 図面中、23は直流電源、25は直流母線(直流側部分)、
27はインバータ回路、28はブラシレスモータ、29は固定
子、29U,29V及び29Wは固定子巻線、30は回転子、33は電
流検出手段、34は力率演算回路(力率演算手段)、35は
電圧周波数演算回路(電圧周波数演算手段)を示す。
1 to 3 show a first embodiment of the present invention.
FIG. 1 is a block diagram showing the overall electrical configuration, FIG. 2 is a block diagram showing the specific configuration of a voltage frequency calculation circuit, and FIG. 3 is a waveform diagram of a DC current signal in a state where the power factor is different. FIG. 4 is a view corresponding to FIG. 2 showing a second embodiment of the present invention, and FIG. 5 is an electrical configuration diagram of a conventional example, and FIG.
The figure is a signal waveform diagram of each part for explaining the same operation. In the drawing, 23 is a DC power supply, 25 is a DC bus (DC side part),
27 is an inverter circuit, 28 is a brushless motor, 29 is a stator, 29U, 29V and 29W are stator windings, 30 is a rotor, 33 is a current detection means, 34 is a power factor calculation circuit (power factor calculation means), Reference numeral 35 denotes a voltage frequency calculation circuit (voltage frequency calculation means).

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】(57) [Claims] 【請求項1】永久磁石形の回転子と、この回転子に回転
力を与えるべく磁界を作用させる複数相の固定子巻線を
有する固定子とを備えたブラシレスモータにおいて、ス
イッチング素子を有して直流電源からの直流電圧を交流
電圧に変換して前記固定子巻線に供給するためのインバ
ータ回路と、このインバータ回路の直流側部分の電流を
検出する電流検出手段と、この電流検出手段の直流電流
信号における前記インバータ回路の出力周波数に基づく
所定の電気角毎の直前及び直後の値の差を求めることに
より力率信号を演算する力率演算手段と、この力率演算
手段の演算結果と指令値とから電圧信号及び周波数信号
を演算する電圧周波数演算手段とを具備してなり、前記
電圧周波数演算手段の演算結果に基づいて前記インバー
タ回路のスイッチング素子にドライブ信号を与えるよう
にしたことを特徴とするブラシレスモータの駆動装置。
1. A brushless motor having a permanent magnet type rotor and a stator having stator windings of a plurality of phases for applying a magnetic field to give a rotational force to the rotor, the brushless motor having a switching element. An inverter circuit for converting a DC voltage from a DC power supply into an AC voltage and supplying the AC voltage to the stator winding, a current detecting means for detecting a current in a DC side portion of the inverter circuit, and a current detecting means of the current detecting means. Power factor calculating means for calculating the power factor signal by obtaining the difference between the values immediately before and after each predetermined electrical angle based on the output frequency of the inverter circuit in the direct current signal, and the calculation result of this power factor calculating means. A voltage frequency calculating means for calculating a voltage signal and a frequency signal from a command value, and a switch of the inverter circuit based on a calculation result of the voltage frequency calculating means. Drive device for a brushless motor which is characterized in that so as to provide a drive signal to the grayed element.
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