JP3374447B2 - 電動機の駆動制御装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、電動機の駆動制御方法
に係り、特に、誘導型電動機や永久磁石型電動機に給電
を開始するための電動機の駆動制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図１３は従来の電動機の駆動制御装置を
示すもので、同図において１０は交流電源、２０は制御
電源部、３０は拾上げスイッチ部、４０は被駆動制御部
である電動機、５０は制御信号発生部であり、速度検出
器５１や電圧検出器５２等からなる。

【０００３】制御電源部２０は順電力変換部である整流
器２１と逆電力変換部であるインバータ２２によって構
成されている。

【０００４】図１３に示すようなインバータを使ったモ
ータ駆動では、拾上げスイッチ部３０による商用電源切
換時に、回転中のモータを制御電源部２０のインバータ
２２でスムーズに再始動（拾上げ）する必要がある。こ
の拾上げに際して次のような方法が行われている。

【０００５】（１）図１４に示す様にインバータの出力
周波数（これに伴なって電圧も）を変化させてモータか
らの回生電流を検出して回転中のモータの同期速度を検
出し、その周波数から始動する。

【０００６】（２）インバータ２２の出力段に電圧検出
器５２を付加してモータの残留電圧を検出してモータの
同期速度を求め、その周波数から始動する。

【０００７】（３）モータに専用の速度検出器５１を付
加してこの信号からモータの同期速度を求めてその周波
数から始動する。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前記（１）の場合は、
（１ａ）インバータの直流電流で駆動→回生を判定する
場合モータ速度が１０〜２０Ｈｚ程度に低いと電流の振
れ幅が小さくなり検出できない。

【０００９】（１ｂ）インバータの出力電流を検出して
座標変換により駆動回生を判別する場合も、やはり低周
波ではモータの１次抵抗分による駆動電流が相対的に増
えて回生を判別できない。

【００１０】（１ｃ）停止している電動機に対してこの
様な制御を行なうと図１４に示す期間Ｔ₁にモータを不
必要に回してしまう。

【００１１】前記（２）の場合は、（２ａ）電圧検出器
５２が余分に必要となる。

【００１２】（２ｂ）電圧検出器５２は、１〜３００Ｈ
ｚの広い周波数に対して応答する必要があり、かなり特
殊で高価なものとなる。

【００１３】前記（３）の場合は、（３ａ）モータに専
用の検出器を必要とする。

【００１４】（３ｂ）速度検出器を付けるならばオープ
ンループ制御の意味がなくなる。

【００１５】本発明は上記従来の問題点に鑑みてなされ
たもので、その目的は、デッドタイム補償を行うための
検出部を利用してモータの誘起電圧を検出し、その周波
数を求めてその周波数からインバータを再始動すること
により、高性能に電動機の駆動制御を行うことである。

【００１６】

【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、基本的には、主電源である交流電源と制
御電源であるインバータを切換制御して電動機を駆動す
る電動機の駆動制御装置において、前記インバータの交
流出力側の誘起電圧に基づいて前記インバータの交流出
力側の誘起電圧検出信号得、この誘起電圧検出信号を基
に前記誘起電圧の周波数を検出して周波数検出信号を
得、この周波数検出信号を基に前記誘起電圧のデッドタ
イムを補償して前記インバータを制御する。

【００１７】また、前記誘起電圧を設定基準電圧と比較
して電圧偏差信号を得、この偏差電圧信号に基づいて前
記インバータの交流側の誘起電圧検出信号を得ることを
特徴とする。

【００１８】

【作用】請求項１の駆動制御装置では、デッドタイム補
償のための検出回路の信号を利用して拾上げのための初
期周波数の決定，相順の決定，位相合せの動作が可能と
なる。また、誘起電圧信号をそのまま入力して１相また
は各相の１周期分の計測を行う。これにより付加回路が
不要であると共に、誘起電圧検出の基準電圧を、誘起電
圧検出の時だけゼロ又はゼロ近傍に設定切換え、誘起電
圧のゼロクロス振動を得る。これにより誘起電圧の１／
２周期を計測することによってその周波数が得られ、応
答が速くなる。

【００１９】 削除

【００２０】 削除

【００２１】請求項２の駆動制御装置では、３相分のゼ
ロクロス信号を得ることができ、このゼロクロス信号か
ら論理回路により６倍の周波数を得てこの周期を計測す
ることにより周波数を得てさらに検出応答が速くなる。
検出応答が速いので複数回計測して平均化することによ
り精度を高くできる。

【００２２】請求項３及び４の駆動制御装置では、永久
磁石型電動機の場合はインバータの出力周波数の位相は
再始動時にモータの位相に合わせなければならないが、
これが可能になる。

【００２３】

【実施例】以下に本発明の実施例を図１〜図１２を参照
しながら説明する。

【００２４】図１は本発明の実施例による電動機の駆動
制御方法に用いる駆動制御装置を示すもので、制御電源
部２０のインバータ２２はスイッチング素子であるトラ
ンジスタ２４をブリッジ接続して構成され、その出力電
力は電動機４０に供給される。６０は比較回路でコンパ
レータ６１ｕ，６１ｖ，６１ｗを備えている。７０は主
回路との絶縁を行うためのホトカプラ、８０は周波数検
出回路、９０はＰＷＭ（パルス幅変調）発生回路、１０
０はデッドタイム補償回路、１１０はデッドタイム発生
回路である。

【００２５】図１の駆動制御装置において、制御電源部
２０のインバータ２２は順電力変換部の直流出力電力を
スイッチ制御して交流電力を電動機４０に供給する。比
較回路６０はコンパレータ６１によってインバータ２２
の交流出力電圧Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_wを基準電圧Ｖ_Rと比較し、
これらの偏差電圧信号をホトカプラ７０に導びく。ホト
カプラ７０は比較回路６０の偏差電圧信号を基にインバ
ータ２２の出力電圧検出信号Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_wを周波数検
出回路８０とデッドタイム補償回路１００に導びく。

【００２６】周波数検出回路８０は、電圧検出信号Ｖ_u
（Ｖ_v，Ｖ_w）を基にインバータ２２の誘起電圧の周波数
を検出し、この検出信号により拾上げスイッチ３０をオ
ンにして周波数検出信号をＰＷＭ発生回路９０に導び
く。ＰＷＭ発生回路９０は、周波数検出回路８０の周波
数検出信号を基にＰＷＭを実行し、ＰＷＭ信号をデッド
タイム補償回路１００に導びく。デッドタイム補償回路
１００はデッドタイムを補償してデッドタイム発生回路
１１０にデッドタイムを設定させる。デッドタイム発生
回路１１０のデッドタイム設定信号によってインバータ
の始動を行わせる。

【００２７】デッドタイム補償とは、インバータ駆動に
おいて、１０〜２０Ｈｚ付近でのモータ速度と電流の不
安定と、０〜２０Ｈｚでのインバータ出力電圧と電流の
歪を解決する手段である。このデッドタイム補償を行う
には、一つの手段として図１の比較回路６０によりイン
バータ２２のスイッチ素子２４の両端電圧Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ
_wを検出して補償動作を行うものがある。

【００２８】誘起電圧の検出方法としては、比較回路６
０の所定のレベルを決める基準電圧Ｖ_Rに基づいて検出
を行う手段と、図２に示すように比較回路を省略して誘
起電圧Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_wにより直接ホトカプラ７０を駆動
して該ホトカプラ７０の感度により検出する手段があ
る。

【００２９】〔第１実施例〕 第１実施例の電動機の制御装置においては、比較回路６
０，ホトカプラ７０および周波数検出部８０を図３のよ
うに構成する。デッドタイム補償のためのインバータの
出力電圧検出にあたって、図４に示すように基準電圧Ｖ
_R（検出レベル）は、通常、主回路電圧Ｖ_dcの２０〜８
０％の高い値に設定されるが、これを図５に示すように
１０〜２０％の低い値に設定して、誘起電圧の１周期ｔ
_aを計測してｆ＝１／ｔ_aの計算によりモータの速度を検
出する。

【００３０】この場合、図１に示した周波数検出回路８
０は図３に示す構成とするが、この実施例ではホトカプ
ラ７０からの電圧検出信号Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_wに対してカウ
ンタ８１を設けて、図５に示すように各相の１周期ｔ_a
を一定周波数のクロックｆ_CLKで計測する。演算回路８
２ではカウンタ８１の計測結果Ｎを受けてマイクロコン
ピュータ又はアナログ演算器等により演算して周波数ｆ
_u，ｆ_v，ｆ_wを得る。

【００３１】ここで、図３には３相分の周波数ｆ_u，
ｆ_v，ｆ_wを求める場合について述べたが、これは検出応
答を速くするために、最も速く結果の得られたｆ_u，
ｆ_v，ｆ_wの中から一つを選択して再始動周波数とする場
合である。また、ｆ_u，ｆ_v，ｆ_wの平均をとるなどして
精度を高めるのにも役立つ。検出応答，精度を必要とし
ない場合は１相分でも良い。

【００３２】〔第２実施例〕 前述の第１実施例では、基準電圧Ｖ_Rがある程度高い値
であるので、誘起電圧を検出する場合には図５に示す期
間の比ｔ_b／ｔ_aが１／２とならないので１周期ｔ_aを計
測しなければ誘起電圧の正しい周波数が得られない。

【００３３】そこで、本実施例においては、図６に示す
ようにコンパレータ６１にスイッチ６２を設けたり、図
７に示すようにホトカプラ７０の入力段にスイッチ７１
と７２を設ける。図６又は図７に示す回路により、モー
タの誘起電圧を検出する場合は基準電圧Ｖ_Rを０付近に
切換えて、図８のｔ_c，ｔ_bに示すようにモータ誘起電圧
の０クロスを検出する。これにより、周波数検出回路８
０ではｔ_c又はｔ_bのいずれか１／２周期を計測すること
で誘起電圧の周波数が求められｆ＝（ｆ_CLK／２Ｎ）を
算出でき、検出応答を速くする事ができる。

【００３４】基準電圧Ｖ_Rを切換えるには、図８の拾上
げ指令により図６のスイッチ６２又は図７のスイッチ７
１，７２をオンにすることで基準電圧Ｖ_Rをほぼ０にす
る。

【００３５】〔第３実施例〕 第３実施例においては、図９に示すように３相を合成し
た検出回路を合成したもので、Ｕ相，Ｖ相，Ｗ相に対応
するホトカプラ７０の出力段と周波数検出回路８０の入
力段との間に論理回路１２０を設ける。論理回路１２０
は、Ｕ相のホトカプラ７０の検出信号Ｖ_uとＶ相のホト
カプラ７０の検出信号Ｖ_vを入力とするエクスクルシブ
オアゲート（排他的オアゲート）１２１と、Ｖ相のホト
カプラ７０の検出信号Ｖ_vとＷ相のホトカプラ７０の検
出信号Ｖ_wを入力とするエクスクルシブオアゲート１２
２と、エクスクルシブオアゲート１２１の出力信号とエ
クスクルシブオアゲート１２２の出力信号を入力とする
エクスクルシブオアゲート１２３によって構成されてい
る。

【００３６】第３実施例の電動機の駆動制御装置によれ
ば、論理回路１２０は図１０に示すように電圧検出信号
Ｖ_u，Ｖ_v，Ｖ_wを論理演算し、６倍周波の出力６Ｆを出
力する。すなわち、ｔ_b／ｔ_aは１／２であるから１周期
はｔ_x＋ｔ_yとなり、周波数検出回路８０のカウンタ８１
ではｔ_x又はｔ_yを計測すれば誘起電圧の周波数が得られ
るので、第１実施例のものよりも６倍だけ速い検出がで
きる。精度を高めるには、カウンタのクロック信号ｆ
_CLKを高めるか、ｔ_x，ｔ_yの計測を数回連続して行い平
均をとることで実現できる。演算回路８２はカウンタの
計測結果Ｎを用いてｆ_CLK／６Ｎの演算を行って周波数
ｆを検出する。

【００３７】〔第４実施例〕 図１１〜図１２は本発明の第４実施例による電動機の駆
動制御装置を示すもので、本実施例においては、図１１
に示すように、演算部８０の演算回路としてマイクロコ
ンピュータ（ＣＰＵ）８２ａを用い、論理回路１２０の
出力段とマイクロコンピュータ８２ａ間にエッジ検出回
路８３を接続するとともに、論理回路１２０の入力段と
マイクロコンピュータ８２ａ間にラッチ回路８４を接続
して演算部８０を構成したものである。

【００３８】図１１の駆動制御装置によれば、インバー
タの誘起電圧を検出して得られるパルス列の立上り、立
下りのいずれか又は一方のエッジで各相のオン／オフを
ラッチ回路８４で保持し、保持したことをＣＰＵ８２ａ
に通知する。ＣＰＵ８２ａはラッチしたＶ_u，Ｖ_v，Ｖ_w
のデータを複数回得てＶ_u，Ｖ_v，Ｖ_wのオン／オフの変
化からモータ誘起電圧の相順を得る。

【００３９】周波数の演算も勿論同時に行い、正しい周
波数と相順を知ることができる。これにより、商用切換
などでモータの回転方向が予め分らない時にも拾上げが
可能となる。

【００４０】図１２は第４実施例における他の例を示す
もので、図１１は図９にこの機能を付加したものである
が、図８の場合でも図１２に示す回路で実現できる。図
１２の回路では、各相のホトカプラ７０の出力段にそれ
ぞれエッジ検出回路８３を接続し、各エッジ検出回路８
３の出力段とＣＰＵ８２ａ間にオアゲート８５が接続さ
れているとともに、オアゲート８５の出力信号をＣＰＵ
８２ａとラッチ回路８４に導びくもので、出力周波数の
位相も検出できるので永久磁石型電動機（ＰＭモータ）
の再始動に必要な位相合せにも適用できる。

【００４１】

【発明の効果】本発明は、上述の如くであって、インバ
ータにおいて既に実施されている誘起電圧検出回路の検
出信号を利用するものであるから、モータの発生してい
る誘起電圧の周波数あるいは相順を容易に検出できると
ともに、検出レベルを切換えることによりゼロクロス検
出を行い正確な周波数を速い応答で行うことができる。
また、簡単な論理回路を付加することにより周波数検出
や相順検出が可能で高性能な電動機駆動制御を行うこと
が出来る等の優れた効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例による電動機の駆動制御方法に
用いる駆動制御装置の回路図。

【図２】本発明の実施例による電動機の駆動制御方法に
おける誘起電圧検出手段の他の例を示す回路図。

【図３】本発明の第１実施例における比較回路，ホトカ
プラおよび周波数検出回路部分のブロック図。

【図４】図３の回路部分の動作波形図。

【図５】図３の回路部分の動作波形図。

【図６】本発明の第２実施例における検出手段を示す回
路図。

【図７】本発明の第２実施例における検出手段を示す回
路図。

【図８】図６の回路の動作波形図。

【図９】本発明の第３実施例による検出回路部のブロッ
ク図。

【図１０】図９の検出回路部の動作波形図。

【図１１】本発明の第４実施例による周波数検出回路部
のブロック図。

【図１２】本発明の第４実施例による周波数検出回路部
のブロック図。

【図１３】従来の電動機の駆動制御方法に用いる駆動制
御装置の回路図。

【図１４】図１３の駆動制御装置の動作波形図。

【符号の説明】

２０…制御電源部 ２２…インバータ ２４…スイッチ素子 ３０…拾上げスイッチ ４０…電動機 ６０…比較回路 ７０…ホトカプラ ８０…周波数検出回路 １００…デッドタイム補償回路 １１０…デッドタイム発生回路

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) H02P 5/408 - 5/412 H02P 7/628 - 7/632 H02P 21/00 H02P 6/00 - 6/24 H02P 5/00 H02P 7/00 - 7/01 H02P 1/00 - 1/58 G01P 1/00 - 3/80

Claims (4)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 電動機を駆動するインバータに対してデ
   ットタイム補償をし、且つ、電動機への給電がなくなっ
   た状態の電動機拾い上げ運転を行う装置において、 前記インバータの交流出力側の誘起電圧を検出して基準
   電圧と比較する比較回路と、この比較回路よりの差信号
   をホトカプラを介して導入してデットタイム補償演算を
   実行し、デットタイム補償の必要時にインバータに対す
   るデットタイム信号を出力するデットタイム補償回路
   と、前記ホトカプラの入力側に直接か若しくは前記比較
   回路に設けられ、電動機への給電がなくなった状態時に
   投入されて前記基準電圧を零又は零近傍に切換えるスイ
   ッチと、前記ホトカプラを介して導入された誘起電圧よ
   り周波数を検出して電動機拾い上げ運転時のインバータ
   の初期周波数とする周波数検出回路を設けると共に、周
   波数検出回路は、前記スイッチ投入後のゼロクロス信号
   より誘起電圧の半周期において一定周波数のクロックに
   てカウントするカウンタと、クロック周波数を計測結果
   にて除算することで周波数を求める演算部を有し、求め
   られた周波数信号をＰＷＭ信号作成用のＰＷＭ発生回路
   を介して前記デットタイム補償回路に出力するよう構成
   したことを特徴とした電動機の駆動制御装置。
2. 【請求項２】 前記ホトカプラとカウンタ間に論理回路
   を設け、前記検出されたゼロクロス信号の三相分信号を
   論理回路に導入して６倍の周波数とし、この信号をカウ
   ンタを介して周波数検出回路に導入するよう構成したこ
   とを特徴とした請求項１記載の電動機の駆動制御装置。
3. 【請求項３】 前記論理回路の出力信号を導入して各相
   信号のエッジを検出して前記周波数検出回路に出力する
   エッジ検出回路と、前記論理回路の三相の入力信号を導
   入し、前記エッジ検出回路の出力によって各相のオン・
   オフをラッチするラッチ回路を設け、前記周波数検出回
   路にて周波数検出と共に、ラッチデータの変化から周波
   数の相順を検出するよう構成したことを特徴とした請求
   項２記載の電動機の駆動制御装置。
4. 【請求項４】 前記ホトカプラによって三相分の誘起電
   圧を検出し、検出された出力信号を導入して各相信号の
   エッジを検出しオアゲートを介して前記周波数検出回路
   に出力するエッジ検出回路と、前記ホトカプラで検出さ
   れた三相の信号を導入し、前記エッジ検出回路の出力に
   よって各相信号のオン・オフをラッチするラッチ回路を
   設け、前記周波数検出回路にて周波数検出と共に、ラッ
   チデータの変化から周波数の相順を検出するよう構成し
   たことを特徴とし請求項１記載の電動機の駆動制御装
   置。