JP2703639B2 - インバータの制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 A.産業上の利用分野 本発明は、リニアモータ駆動用等に使用されるインバ
ータの制御装置に関し、特に、PLL制御を円滑に移行で
きる制御装置に関する。

B.発明の概要 本発明は、リニアモータ駆動用等に使用されるインバ
ータの制御装置において、 位相差零制御回路の出力と基準信号そのものとのいず
れかを選択する第１のスイッチと、検出信号の入力と位
相差零制御回路からのフィードバックとのいずれかを選
択する第２のスイッチとを備え、それらのスイッチを連
動させ、所定の負荷状態で切り換えることにより、 速度零値からの上昇中、脱調等を生じることなく、ス
ムースに転流進み制御に移行でき、広範囲の制御を可能
とする技術を提供するものである。

C.従来の技術 従来より、リニアモータ駆動用の電力変換装置等で、
その負荷に交流を供給するためブリッジ形インバータを
使用して駆動している。

リニアモータは、外部から指令される駆動信号により
零値から定格回転数まで連続に制御され、この駆動信号
から作成された基準信号に同期して電機子コイル電流を
制御すれば最高トルクを得ることができるが、実際はど
うしても同期に遅れを生じてしまう。

そこで、第３図に示すような閉ループを用いた転流進
み補償方式が対策として提案されている。

この転流進み補償制御は、外部から指令される駆動信
号から作った基準信号により、インバータ転流指令を受
けてから電機子コイル電流が零値をよぎるまでの時間遅
れを補正するものである。

図において、31はインバータ、32は直流定電流電源回
路、33はリニアモータの電機子コイル、34は電流検出回
路、35は駆動信号発生回路、36は基準信号発生回路、37
は突き合わせ回路、38は位相差零制御回路、39はゲート
信号発生回路である。インバータ31は直流定電流電源回
路32からの電力を交流に変換し、負荷であるリニアモー
タの電機子コイル33に供給する。電流検出回路34は、イ
ンバータ31と電機子コイル33とを結ぶ回路上に介設され
た変流器CTの出力に基づいて電機子コイル電流I_Mを検出
し、検出信号を作成する。一方、基準信号発生回路36
は、駆動信号発生回路35の出力に基づいて基準信号を作
成する。この基準信号と前記検出信号を突き合わせ回路
37で偏差としてとらえ、その偏差出力に基づいて、前記
基準信号と電機子コイル電流I_Mとの位相差が零になるよ
うな制御信号が、位相差零制御回路38で作成される。ゲ
ート信号発生回路39は、その制御信号によりゲート信号
を作成し、インバータの各サイリスタ（図示せず）に供
給することにより、インバータ31を制御する。尚、変流
器CTの代わりにホールCTを使用してもよい。

上記第３図の装置では、位相差零制御回路38のアンプ
には、通常PLL（Phase Locked Loop）制御方式が使用さ
れ、広範囲な回転数で、電機子コイル電流を基準信号に
同期制御しようとする。しかし、PLL制御方式を零値か
ら行うことは、アンプの特性により不可能で、どうして
も回転数が上昇してから行わなければならない。このた
め、回転数の上昇中に制御の切換を行う必要がある。

第４図は、従来の制御切換回路の一例の構成図であ
る。同図において、電機子電流（検出電流）40a,駆動信
号40b及び基準信号40cは、第３図で説明した各信号に対
応していて、電機子の検出電流40aと基準信号40cとは比
較回路41で比較され、位相差の有無によって継電回路42
をオン／オフし、回転数に比例した電圧F/Vの通路を断
続する。図中43及び44は突き合わせ回路、45及び46はア
ンプであって、第１アンプ45の入−出力間が短絡されて
いないときで、基準信号と電機子の検出電流が同期して
いるときの各アンプは、下記になるように調整する。

基準信号40cと電機子の検出電流40aが同期していると
継電回路42の出力信号43aは、第５図のようになる。即
ち継電回路42のオン．オフは同じ時間となる。なお、第
５図のV₁の平均値はV₁/2であり、−V₁/2は抵抗VR₁で調
整される。

継電回路42の出力信号43aと回転数に比例した電圧F/V
を抵抗VR₁で調整された信号43bにより、第１アンプ45の
入力は０である。これによりその出力信号44aも０とな
る。

回転数に比例した電圧F/Vを抵抗VR₂で調整し、その信
号44bでコンバータ47の出力を回転数に合った周波数と
する。同期状態で回転数が変化した箇所になっても電圧
V₁は、回転数に比例して変化し、信号43a、43bも同じに
変化するため、信号44aは０、44bは比例して変化し、従
ってコンバータ47の出力も比例して変化する。即ち、広
範囲な回転数（周波数）でPLL制御可能となる。

基準信号40cと電機子の検出電流40aに位相差がある
と、比例回路41を介して継電回路42のオン・オフ時間が
違ってくる。これにより、信号43aの平均値がV₁/2から
ずれ、第１アンプ45の入力は０でなくなり、信号44aも
０でなくなる。このため、コンバータ47の出力が変わ
り、位相差を無くするように出力信号を制御する。その
結果、位相差がなくなり同期運転になる。第２のアンプ
46の出力は、コンバータ47で周波数に変換されたのち出
力信号48として切換スイッチ49へ入力される。切換スイ
ッチ49は負荷状態即ち所定の回転数で切り換えられるよ
うになっている。第４図は、負荷の状態が所定の回転数
以下である場合を示し、図の上方回路が“断”、下方回
路が“接”になっていて、基準信号がそのまま出力され
る。状態が所定の回転数以上になると、図の上方回路が
“接”、下方回路が“断”になって、前記出力信号48を
位相差零の制御信号として出力する。尚、上記の比較回
路41,継電回路42,突き合わせ回路43及び44,アンプ45及
び46,コンバータ47で、PLL制御部50が構成されることに
なる。

PLL制御部50は、基準信号と被制御信号の位相差を検
出して発振周波数を制御し、閉ループ回路で基準信号に
被制御信号を同期運転するもので、比較回路41の比較結
果により継電回路42のスイッチをオン／オフし、第１ア
ンプ45の入力を変化させ、基準信号に同期した被制御信
号になるような制御信号V/Fをコンバータ47より出力す
る。

尚、切換スイッチ49は、PLL制御が可能となる周波数
（回転数）で切り換えられる。

D.発明が解決しようとする課題 上記インバータ制御装置で、第１のアンプ45がショー
トした場合の基準信号40cと出力信号48について考えて
みる。

所定の回転数以下では、前記切換スイッチ49の下方回
路が“接”になっていて、PLL制御部50は無視され、基
準信号40cがそのまま制御信号になる。第１のアンプ45
のバイパス回路上にもスイッチが配設されていて、該ア
ンプをショートさせている。

所定の回転数になると、前記切換スイッチ49の上方回
路が“接”になり、PLL制御部50の出力信号48が制御信
号になる。ところで、第１のアンプ45をショートさせた
状態でも、F/V→第２のアンプ46→V/F47の経路で信号が
出力されるが、基準信号40cと一致せず、出力信号48は
アンプの特性やV/Fコンバータの特性により基準信号か
らずれている。そして、この状態で切換スイッチ49を切
り換えても、出力信号が基準信号からかけ離れた周波
数，位相であるためリニアモータに対してスムーズな移
行を行うことができず、最悪の場合は脱調現象に発展し
てしまう。

本発明は、このような課題に鑑みて創案されたもの
で、零値からの上昇中、所定の回転数で、脱調等を生じ
ることなく、スムーズに転流進み制御に移行でき、広範
囲の制御が可能なインバータの制御装置を提供すること
を目的としている。

E.課題を解決するための手段 本発明における上記課題を解決するための手段は、外
部指令に基づく基準信号及び負荷電流からの検出信号の
位相差を零にする位相差零制御回路により転流進み制御
を行い、直流を交流に変換して負荷に供給するインバー
タの制御装置において、位相差零制御回路の出力と基準
信号そのものとのいずれかを選択する第１のスイッチ
と、検出信号の入力と位相差零制御回路からのフィード
バックとのいずれかを選択する第２のスイッチとを備
え、それらのスイッチを連動させ、所定の負荷状態で切
り換えるインバータの制御装置とするものである。

F.作用 本発明では、零値から上昇して所定の回転数でスムー
ズに切り換えられ、PLL制御部による転流進み補償制御
に移行できるように、切換制御方式を採り入れている。

本発明によるインバータの制御装置は、２つの切換ス
イッチを備えていて、第１のスイッチは、基準信号出力
からPLL制御部内の位相差零制御回路出力へ切り換え、
第２のスイッチは、該PLL制御部への入力を検出信号と
位相差零制御回路からのフィードバックとのいずれかよ
り選択する。これらのスイッチは連動するようになって
いて、所定の負荷状態、即ち所定の回転数以下では出力
信号と基準信号が同期するように閉ループを構成する。
従って、切換直前は出力信号＝基準信号であり、PLL制
御系の各アンプはすでに通常の動作領域内になっている
ので、切り換えはスムーズに行われる。

G.実施例 以下、図面を参照して、本発明の実施例を詳細に説明
する。

第１図は、本発明の一実施例の構成図である。図中、
１は本発明の切換スイッチ、10aは電機子電流（検出電
流）、10bは駆動信号、10cは基準信号、11は比較回路、
12は継電回路、13,14は突き合わせ回路、15,16はアン
プ、17はコンバータ、18は出力信号、19は切換スイッチ
である。同図において、第４図に示した従来例と同一名
称の各回路はそれぞれ対応していてその動作も同一であ
り、比較回路11,継電回路12,突き合わせ回路13及び14,
アンプ15及び16,コンバータ17がPLL制御部20を構成して
いることも同様である。

本発明の切換スイッチ１は、比較回路11の入力側に配
設され、もう１つの切換スイッチ19と連動し、電機子電
流10aと出力信号18からのフィードバックとを切り換え
るようになっている。

第２図は、上記実施例の動作を説明する波形図であ
る。図中、第１段は基準信号を示し、第２段及び第３段
は切換直前の出力信号及び電機子電流を示し、第４段及
び第５段は切換後の出力信号及び電機子電流を示してい
る。同図でも明らかな如く、第１図の装置は下記の動作
を行う。

所定の回転数以下では、出力信号は基準信号に同期す
るように、切換スイッチ１及び19が動作して、閉ループ
を形成する。

所定の回転数に達すると切換スイッチ１及び19が切り
換わるが、その直前は第２図の第２段に示す如く、基準
信号＝出力信号であるので、切り換えはスムーズに行わ
れる。

本装置の場合、第２図の第３段に示す如く、電機子電
流は基準信号よりある電気角だけ遅れを生じているが、
周波数は同一である。

切換後、PLL制御部20はその遅れを補正するように動
作を開始し、第４段に示すように出力信号に転流進み補
償を与え、電機子電流が第５段に示す如く基準信号に同
期するようにする。従って、移行はスムーズである。

本発明の実施例では、以下の効果がある。

（１）簡単な回路構成で、リニアモータ駆動制御が可能
になった。

（２）リニアモータ駆動制御に際し、転流進み制御がス
ムーズに実行できるようになった。

（３）急激な変化があると一般に脱調現象を生じ、推力
が低下するが、本方式を採用すれば制御の切換時に脱調
等を生じない。

（４）回転数に比例した電圧を使用してPLL制御部を動
作させているので、広範囲な回転数で安定した同期運転
制御が可能である。

H.発明の効果 以上説明したとおり、本発明によれば、簡単な回路構
成でリニアモータの駆動制御を可能とし、零値から上昇
中に所定の回転数で、脱調等を生じることなくスムーズ
に転流進み制御に移行でき、広範囲の制御が可能なイン
バータの制御装置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例の構成図、第２図は本発明の
一実施例の波形図、第３図はインバータ制御回路の構成
図、第４図および第５図は従来の制御切換回路の構成図
およびこの動作説明のための信号図である。 １……切換スイッチ、10a,40a……電機子電流（検出電
流）、10b,40b……駆動信号、10c,40c……基準信号、1
1,41……比較回路、12,42……継電回路、13,14,43,44…
…突き合わせ回路、15,16,45,46……アンプ、17,47……
コンバータ、18,48……出力信号、19,49……切換スイッ
チ、20,50……PLL制御部、31……インバータ、32……直
流定電流電源回路、33……電機子コイル、34……電流検
出回路、35……駆動信号発生回路、36……基準信号発生
回路、37……突き合わせ回路、38……位相差零制御回
路、39……ゲート回路。

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】外部指令に基づく基準信号及び負荷電流か
   らの検出信号の位相差を零にする位相差零制御回路によ
   り転流進み制御を行い、直流を交流に変換して負荷に供
   給するインバータの制御装置において、位相差零制御回
   路の出力と基準信号そのものとのいずれかを選択する第
   １のスイッチと、検出信号の入力と位相差零制御回路か
   らのフィードバックとのいずれかを選択する第２のスイ
   ッチとを備え、それらのスイッチを連動させ、所定の負
   荷状態で切り換えることを特徴とするインバータの制御
   装置。