JP2903341B2

JP2903341B2 - モータ制御装置

Info

Publication number: JP2903341B2
Application number: JP2335204A
Authority: JP
Inventors: 舟也浅川
Original assignee: Sanken Electric Co Ltd
Current assignee: Sanken Electric Co Ltd
Priority date: 1990-11-29
Filing date: 1990-11-29
Publication date: 1999-06-07
Anticipated expiration: 2014-06-07
Also published as: JPH04200288A

Description

【発明の詳細な説明】［産業上の利用分野］本発明は、PWM（パルス幅変調）のスイッチングパタ
ーン（単位ベクトルデータ）をメモリに予め書き込んで
おき、これを読み出すことによってインバータを制御
し、インバータに接続された交流モータの速度制御を行
う装置に関する。

［従来の技術］交流モータの速度制御を行うために、PWM制御インバ
ータを使用することは公知である。また、PWM制御を行
うために、近似正弦波が得られるように、PWMスイッチ
ングパターンを予めROMに書き込んでおき、これに基づ
いてインバータを制御することも公知である。更に、三
相インバータを各相独立に制御せずに、三相を一括制御
し、所望の電圧ベクトルを発生させ、所望の回転磁界を
得る方式も既に提案されている。

また、簡単な構成でフィードバック制御が可能であ
り、且つ超低速制御が可能なモータの速度制御方式が特
開昭62−207196号公開公報に開示されている。

［発明が解決しようとする課題］ところで、上記公報に開示されているモータ制御方式
において、速度を急に増大させる指令が与えられた時又
は負荷が急増した時に、インバータ制御装置は瞬時に最
大電圧、最大周波数を発生する動作になり、モータに過
大な電流が流れ、制御上可能な限りの大きいトルクが発
生する。この結果、モータ軸やモータに連結された負荷
に機械的ダメージを与えることがある。また、インバー
タのスイッチング素子の容量を大きく設定することが必
要になる。

そこで、本発明の目的は、トルク及び出力電流の急激
な変化を抑えることができるモータ制御装置を提供する
ことにある。

［課題を解決するための手段］上記目的を達成するための本発明は、制御すべき交流
モータに接続されており、所定のスイッチングパターン
でオン・オフ動作して電圧ベクトルと零ベクトルを発生
する複数のスイッチング素子を有しているインバータ
と、所定の順番で前記電圧ベクトル又は電圧ベクトルと
零ベクトルとの組み合せを得るための前記スイッチのオ
ン・オフパターンを示す第１のベクトルデータと前記第
２のベクトルを得るための前記スイッチング素子のオン
・オフパターンを示す零ベクトルデータとが書き込まれ
ているメモリと、前記メモリから読み出された前記第１
のベクトルデータと前記第２のベクトルデータとによっ
て前記スイッチング素子を動作させるためのスイッチン
グ素子制御回路と、前記モータの目標速度を示す基準信
号を発生する基準信号発生回路と、前記基準信号と前記
モータの速度を示す検出信号との差に対応した差信号を
発生する比較回路と、所定周波数の三角波を発生する三
角波発生回路と、前記三角波と前記差信号とを比較し、
前記三角波を前記差信号が横切っている期間に前記メモ
リから前記第２のベクトルデータを読み出すように前記
メモリを制御する第２のベクトル期間判定用比較器と、
前記三角波の周波数よりも高い周波数を有してクロック
パルスを発生するクロック発生器と、前記クロックパル
スによってインクリメントされて所定の順番で前記メモ
リから前記第１のベクトルデータ及び前記第２のベクト
ルデータを読み出すためのアドレスを指定するカウンタ
と、前記クロック発生器と前記カウンタとの間に接続さ
れ、且つ前記第２のベクトル期間判定用比較器から得ら
れる前記第２のベクトルデータを選択することを示す信
号に応答して前記クロックパルスの通過を阻止するカウ
ンタ入力制御用ゲートとを備えたモータ制御装置におい
て、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器
と、前記インバータの出力電流が所定値以上になったこ
とを検出する基準電圧を与えるための基準電圧源と、前
記電流検出器から得られた電流検出電圧と前記基準電圧
とを比較し、前記電流検出電圧が前記基準電圧よりも大
きくなった時に前記第２のベクトルデータを前記メモリ
から読み出すように前記零ベクトル期間判定用比較器の
入力又は出力を制御する電流検出用比較器とが設けられ
ているモータ制御装置に係わるものである。

［作用］本発明におけるゲート回路は、インバータの出力電流
が所定値よりも大きくなった時に、メモリから第１のベ
クトルデータ即ち零ベクトルデータを供給する。これに
より、インバータは実質的に停止状態になり、モータの
回転磁界が停止し、過大トルクの発生が阻止される。そ
の後再び第１のベクトルデータの伝送が開始する。

［実施例］次に、本発明の１実施例に係わる三相モータの速度制
御装置を説明する。第１図において、三相誘導電動機か
ら成るモータ１には、PWM制御可能な三相インバータ２
が接続されている。インバータ２は、直流電源３にトラ
ンジスタから成るスイッチ素子A1、A2、B1、B2、C1、C2
をブリッジ接続したものである。６個のスイッチ素子A1
〜C2は、スイッチング素子制御回路４から供給される制
御信号に応答してオン・オフ動作する。なお、インバー
タ２の上側の３つのスイッチ素子A1、B1、C1と下側の３
つのスイッチ素子A2、B2、C2とは、互いに逆に動作する
ので、一方の制御を特定すれば、インバータ全体の制御
が特定される。ここでは、ROM（リードオンリーメモ
リ）５から読み出される第１、第２及び第３の信号Ａ、
Ｂ、Ｃによりインバータ制御状態を特定し、信号Ａ、
Ｂ、Ｃが高レベル即ち論理“1"の時にスイッチ素子A1、
B1、C1がオン、低レベル即ち論理“0"の時にスイッチ素
子A1、B1、C1がオフとする。

ROM5はインバータ２をPWM制御するためのPWMスイッチ
ングパターン（単位ベクトルデータ）を予め書き込んだ
ものである。このROM5は正転PWMパターンメモリM1と、
正転用零ベクトルメモリM2と、逆転PWMパターンメモリM
3と、逆転用零ベクトルメモリM4とを有する。各メモリM
1〜M4は０〜511までの512アドレスを夫々有し、夫々ア
ップ・ダウンカウンタ６の９ビットの２進出力ライン6a
の値でアドレス指定される。但し、４つのメモリM1〜M4
から１つが選択され、この選択されたメモリの出力のみ
がインバータ２の制御のために有効に使用される。この
選択を行うためにROM5は零ベクトル選択制御信号入力端
子７と、正転逆転選択制御信号入力端子８とを有する。
零ベクトル選択制御信号入力端子７が論理“0"の時には
メモリM1とM3とのいずれか一方が選択され、論理“1"の
時にはメモリM2とM4とのいずれか一方が選択される。ま
た、正転逆転選択制御信号入力端子８が“0"の場合には
メモリM1とM2とのいずれか一方が選択され、“1"の場合
にはメモリM3とM4とのいずれか一方が選択される。今、
ライン6aの９ビットをB0〜B8で表わし、入力端子７の入
力ビットをB10で表わし、入力端子８の入力ビットをB9
で表わすとすれば、B0〜B8の９ビットでアドレスが指定
される。またB9、B10が〔00〕の時に第１のメモリM1
（正転PWMスイッチングパターン）が選択され、〔01〕
の時に第２のメモリM2（正転用零ベクトル）が選択さ
れ、〔10〕の時に第３のメモリM3（逆転PWMスイッチン
グパターン）が選択され、〔11〕の時に第４のメモリM4
（逆転用零ベクトル）が選択される。

ROM5及びカウンタ６を制御してインバータ２の出力電
圧を制御するために、モータ１に速度発電機からなる速
度検出器９が結合され、この出力ライン9aが比較回路10
に接続されている。このため、比較回路10は、直流レベ
ルから成る速度検出信号と基準信号ライン11から与えら
れる所望回転速度に対応する基準信号とを比較し、この
差信号を出力する。比較回路10から得られる差信号は比
例積分回路12に入力している。比例積分回路12の出力ラ
イン13の差信号Vdは、この差信号Vdの正負を判定するた
めの正逆転判定用の第１の比較器14に入力すると共に、
絶対値回路15を通って零ベクトル期間判定用の第２の比
較器16に入力する。

正逆転判定用比較器14の出力端子はカウンタ６のアッ
プ・ダウン入力端子U/Dに接続されていると共にROM5の
正逆転選択信号入力端子８に接続されている。

17はクロック発振器（OSC）であって、20〜50kHz程度
のクロックパルスを発生する。この発振器17の出力端子
はANDゲート18の一方の入力端子に接続され、このANDゲ
ート18の出力端子がカウンタ６のクロック入力端子CLに
接続されているので、ANDゲート18のもう一方の入力端
子が高レベルの時のみ発振器17の出力がクロックパルス
としてカウンタ６に入力する。

零ベクトル期間判定用比較器16の非反転入力端子には
三角波発生器19が接続されている。三角波発生器19は例
えば、発振器17の出力周波数よりは低い1.5kHzで三角波
電圧Vc（キャリア）を発生し、このVcと差信号Vdの絶対
値とが比較器16で比較される。零ベクトル期間判定用比
較器16の出力端子はNOT回路20を介してANDゲート18の入
力端子に接続されていると共に、ROM5の零ベクトル選択
制御信号入力端子７に接続されている。

ROM5の三相出力ライン21、22、23はスイッチング素子
制御回路４に接続されている。

電流制御を実行するために、インバータ２の出力ライ
ンに電流検出器24、25、26が設けられ、これ等に三相整
流平滑回路27が接続されている。ヒステリシス特性を有
する電流検出用の第３の比較器28は、演算増幅器29と、
この一方の入力端子と整流平滑回路27との間に接続され
た抵抗R1と、他方の入力端子と基準電圧源30との間に接
続された抵抗R2と、出力端子と抵抗R2の右端との間に接
続された帰還用抵抗R3及びコンデンサC1とから成り、こ
の出力端子は比較器16の反転入力端子に接続されてい
る。

［ROMの内容］ ROM5には第２図に原理的に示す如くデータが書き込ま
れている。即ちROM5の各メモリM1〜M4はアドレス０〜51
1を有し、正転PWMパターンメモリM1のアドレス０〜３に
は例えば電圧ベクトル（第１のベクトル）V6、V2、V6、
V2のデータが順に書き込まれ、正転用零ベクトルメモリ
M2のアドレス０〜３には零ベクトル（第２のベクトル）
V7、V0、V7、V0のデータが順に書き込まれ、逆転PWMパ
ターンメモリM3のアドレス０〜３には電圧ベクトルV1、
V5、V1、V5のデータが順に書き込まれ、逆転用零ベクト
ルメモリM4には零ベクトルV0、V7、V0、V7のデータが順
に書き込まれている。残りのアドレス４〜511にもアド
レス０〜３と同一の原理でベクトルデータが書き込まれ
ている。第２図の各アドレスのベクトルデータは原理を
示すものであるため、実際のデータとは異なる。今、正
転PWMパターンメモリM1のアドレス０〜84（０゜〜60゜
区間に対応）の実際の電圧ベクトルデータを示すと、 V6、V6、V6、V6、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V6、V6、
V6、V6、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V6、V6、V6、V6、V
2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V
2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V
2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V
2、V3、V3、V3、V3、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V3、V
3、V3、V3、V2、V2、V2、V2、V2、V2、V3、V3、V3、V3
になる。

［電圧ベクトル］第３図は６個の電圧ベクトルV1〜V6と、２つの零ベク
トルV0、V7とを示す。インバータ２のスイッチ素子A1、
B1、C1のとりうるスイッチング状態は、（000）、（00
1）、（010）、（011）、（100）、（101）、（110）、
（111）の８つであるので、これをV0、V1、V2、V3、V
4、V5、V6、V7で表わすことにする。本実施例の装置で
は、電圧ベクトルV0〜V7がROM5に書き込まれ、これが制
御データ（Ａ、Ｂ、Ｃ）として出力される。８つのベク
トルV0〜V7を組み合わせると、正弦波出力電圧及び回転
磁界ベクトルを得ることができる。

［ベクトル選択］第４図は回転磁界ベクトルφ１を得るための電圧ベク
トルの選択を示すものである。回転磁界ベクトルφ１の
先端（終点）の軌跡を円に近づけるためには、330゜〜3
0゜区間で第６及び第２のベクトルV6、V2、30゜〜90゜
区間で第２及び第３のベクトルV2、V3、90゜〜150゜区
間で第３及び第１のベクトルV3、V1、150゜〜210゜区間
で第１及び第５のベクトルV1、V5、210゜〜270゜区間で
第５及び第４のベクトルV5、V4、270゜〜330゜区間で第
４及び第６のベクトルV4、V6を選択する。原理的に示す
第４図の330゜〜30゜区間では有意ベクトルとしてV6、V
2が選択され、ベクトル回転を止めるときに零ベクトルV
7が選択されている。モータ１を正転させる時には第４
図でUPで示す方向に回転磁界ベクトルφ１が回転され、
逆転または制動する時には、DOWNで示す方向に回転され
る。

［動作］次に、第５図を参照して第１図の回路の動作を説明す
る。ライン9aに得られる速度検出信号とライン11の基準
信号（目標信号）との比較に基づいて差信号Vdが得られ
ると、この信号の正負が正逆転判定用の第１の比較器14
で判定され、今、正信号であるとすれば、第５図（Ｃ）
のt4以前に示す如く比較出力が低レベル“0"となり、こ
れがカウンタ６に入力する。このため、カウンタ６はこ
の期間にはアップ動作する。零ベクトル期間判定用の第
２の比較器16においては、差信号Vdの絶対値と三角波電
圧Vcとが第５図（Ａ）に示す如く比較され、第５図
（Ｂ）の出力が発生する。即ち、三角波電圧Vcが差信号
Vdの絶対値よりも高い期間（t1〜t2）に高レベル出力
“1"を発生し、低い期間（t2〜t3）には低レベル出力
“0"を発生する。t1〜t2のように零ベクトル期間判定用
比較器16の出力ビットB10が高レベル“1"であり、正逆
転判定用比較器14の出力ビットB9が低レベル“0"の時に
は、ROM5においては〔B9B10〕＝〔01〕に応答して正転
用零ベクトルメモリM2が選択され、t2〜t3のように〔B9
B10〕＝〔00〕の時には正転PWMパターンM1が選択され
る。また、零ベクトル期間判定用比較器16の出力が高レ
ベル“1"の期間（t1〜t2）では、NOT回路20の出力が低
レベルになり、ANDゲート18を発振器17のクロックパル
スが通過することが阻止され、カウンタ６がインクリメ
ントされないため、同一アドレスを指定し続ける。一
方、零ベクトル期間判定用比較器16の出力が低レベルの
期間（t2〜t3）ではNOT回路20の出力が高レベルになる
ため、発振器17の出力クロックパルスはANDゲート18を
通過してカウンタ６の入力パスルとなる。これにより、
カウンタ６の９ビットB0〜B8の値がアップ動作で増大
し、メモリM1のアドレスが順次に指定される。しかし、
t3時点で零ベクトル期間判定用比較器16の出力が高レベ
ルになると、カウンタ６のクロック入力が禁止され、カ
ウンタ６はこの時点のアドレス指定を保持する。例え
ば、第２図に示す如くアドレス２でメモリM1のベクトル
V6が読み出されている時に、メモリM2が選択されると、
同一のアドレス２における正転用零ベクトルV7（111）
が選択される。零ベクトルV7は零ベクトル期間判定用比
較器16の出力が高レベルの間発生し続け、比較出力が低
レベルに戻って再びカウンタ６にクロックパルスが入力
し、カウンタ６の出力が１段インクリメントされると、
正転PWMパターンメモリM1のアドレス３の電圧ベクトルV
2（010）が選択される。零ベクトルはV0（000）とV7（1
11）との２種類から成るが、スイッチ素子A1〜C2の切換
えが少なくてすむ方のベクトルが選択される。カウンタ
６が10進数の０〜511に対応する２進数を発生し終る
と、正転PWMパターンの０〜360゜の全電圧ベクトルデー
タが読み出され、インバータ２から三相の近似正弦波電
圧が発生し、且つモータ１に円軌跡に近い回転磁界ベク
トルが生じる。

この様な制御において、目標回転速度と検出速度との
差が小さくなると、第２の比較器16の出力が高レベルに
なる期間が相対的に長くなり、零ベクトルが選択される
期間が長くなる。

また、ライン11の基準信号のレベルを下げて低速回転
指令状態にすれば、差信号Vdの絶対値のレベルも低下
し、インバータ２の出力周波数ｆが低下すると共に出力
電圧Ｖも低下し、モータ１が低速駆動状態になる。

第５図のt4において逆転指令に切り換り、差信号Vdが
負になると、正逆転判定用比較器14の出力が高レベルに
なり、逆転制御になる。なお、上記PWM制御において、
電圧ベクトルの切り換えが行われる時には、一対のスイ
ッチ素子A1、A2又はB1、B2又はC1、C2間がストレージ等
で短絡され、これ等が破壊するおそれがあるので、これ
を防止するために、ベクトル相互間に無制御期間を設け
ることが望ましい。

急速に速度を上げることが要求された時又は負荷が急
に大きくなると、インバータ２の出力電流が第６図
（Ｂ）に示すように流れ始める。第６図（Ｂ）にはＵ相
の電流Iuのみが示されているが、他の相においても同様
に流れる。この電流は比較的大きなレベルを有し、且つ
スイッチング素子A1〜C2の断続に対応した高周波成分を
有している。インバータ２の出力電流は整流平滑回路27
で平均化され、ここから第６図（Ａ）に示す電流検出電
圧が得られる。この電流検出電圧はヒステリシス特性を
有する比較器28で基準電圧と比較され、電流検出用比較
器28から零ベクトル期間判定用比較器16を制御する信号
が第６図（Ｃ）に示すように発生する。電流検出用比較
器28の出力が低レベルの期間には零ベクトル期間判定用
比較器16から高レベル出力が発生し、メモリM2の零ベク
トルが選択される。この結果、インバータ２のスイッチ
ング素子A1〜C2が零ベクトルを発生するように制御さ
れ、モータ１の回転磁界が停止し、モータ１のトルクが
制御される。比較器28はヒステリシス動作するので、電
流検出電圧が基準電圧よりも低くなってもしばらくの間
低レベル出力を送出し、その後、高レベル出力状態に戻
る。

［変形例］本発明は上述の実施例に限定されるものでなく、例え
ば次の変形が可能なものである。

（１）比例積分回路12を比例回路又は積分回路として
もよい。また、この種の定数回路をライン9a側に設けて
もよい。

（２）速度検出器９の代りに、モータ１の回転数に対
応して得られる温度検出信号、位置検出信号、圧力検出
信号、濃度検出信号等を検出信号とし、これと基準信号
とを比較してもよい。

（３）インバータ２の電流検出を２相又は１相のみで
行うこともできる。

（４）第１のベクトルデータとして電圧ベクトルデー
タのみを使用しないで、電圧ベクトルデータと零ベクト
ルデータとの組み合せを使用して波形を改善してもよ
い。即ちメモリM1、M3の電圧ベクトルの配列の中に零ベ
クトルを配置してもよい。

（５）メモリM1〜M4のアドレス数を例えば8193のよう
に多くして波形を良くしてもよい。

［発明の効果］本発明によれば、速度又は負荷の急変による過大トル
クの発生を容易に防ぐことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の実施例に係わるモータの制御方式を示
すブロック図、第２図は第１図のROMの内容の一部を原理的に示す図、第３図は電圧ベクトルを示す図、第４図は回転磁界ベクトルを示す図、第５図は第１図の各部の状態を示す図、第６図は第１図に於ける電流検出電圧、出力電流、比較
器出力を示す波形図である。１……モータ、２……インバータ、５……ROM、６……
カウンタ、９……速度検出器、10……比較回路、14……
正逆転判定用比較器、16……零ベクトル期間判定用比較
器、21,22,23……ANDゲート、28……電流検出用比較
器。

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】制御すべき交流モータに接続されており、
所定のスイッチングパターンでオン・オフ動作して電圧
ベクトルと零ベクトルを発生する複数のスイッチング素
子を有しているインバータと、所定の順番で前記電圧ベクトル又は電圧ベクトルと零ベ
クトルとの組み合せを得るための前記スイッチのオン・
オフパターンを示す第１のベクトルデータと前記零ベク
トルを得るための前記スイッチング素子のオン・オフパ
ターンを示す第２のベクトルデータとが書き込まれてい
るメモリと、前記メモリから読み出された前記第１のベクトルデータ
と前記第２のベクトルデータとによって前記スイッチン
グ素子を動作させるためのスイッチング素子制御回路
と、前記モータの目標速度を示す基準信号を発生する基準信
号発生回路と、前記基準信号と前記モータの速度を示す検出信号との差
に対応した差信号を発生する比較回路と、所定周波数の三角波を発生する三角波発生回路と、前記三角波と前記差信号とを比較し、前記三角波を前記
差信号が横切っている期間に前記メモリから前記第２の
ベクトルデータを読み出すように前記メモリを制御する
第２のベクトル期間判定用比較器と、前記三角波の周波数よりも高い周波数を有してクロック
パルスを発生するクロック発生器と、前記クロックパルスによってインクリメントされて所定
の順番で前記メモリから前記第１のベクトルデータ及び
前記第２のベクトルデータを読み出すためのアドレスを
指定するカウンタと、前記クロック発生器と前記カウンタとの間に接続され、
且つ前記第２のベクトル期間判定用比較器から得られる
前記第２のベクトルデータを選択することを示す信号に
応答して前記クロックパルスの通過を阻止するカウンタ
入力制御用ゲートとを備えたモータ制御装置において、前記インバータの出力電流を検出する電流検出器と、前記インバータの出力電流が所定値以上になったことを
検出する基準電圧を与えるための基準電圧源と、前記電流検出器から得られた電流検出電圧と前記基準電
圧とを比較し、前記電流検出電圧が前記基準電圧よりも
大きくなった時に前記第２のベクトルデータを前記メモ
リから読み出すように前記零ベクトル期間判定用比較器
の入力又は出力を制御する電流検出用比較器とが設けられていることを特徴とするモータ制御装置。