JP5149695B2 - モータ駆動制御装置 - Google Patents
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Description
電気学会論文誌D 117巻1号 平成9年 P98〜104 大野榮一著「パワーエレクトロニクス入門(改訂3版)」オーム社出版、平成9年8月20日、P.242−244
図1に、本発明の実施の形態1におけるモータ駆動制御装置の回路ブロック図を示す。図1に示すモータ駆動制御装置の構成は、以降の実施の形態2〜4においても共通である。図1において、交流電源4を整流回路3にて整流し、コンデンサ8にて平滑することにより、直流電源を構成する。直流電源は三相ブリッジ回路2に接続され、三相ブリッジ回路2の出力はモータ1に接続されている。三相ブリッジ回路2は、各相2個、合計6個の素子群を有する。三相ブリッジ回路2の各素子は、半導体スイッチと逆方向に電流を流すことができるダイオードとの並列接続により構成されている。制御回路25は三相ブリッジ回路2を制御するものであり、比較回路26u、26v、26wにて三相ブリッジ回路2の出力3系統を基準電圧と比較した情報を入力して、モータ1の回転状況を推定し、三相ブリッジ回路2を制御することにより、モータ1の適正駆動を行う。交流電源4からの流入電流を検出する電流検出手段21およびその電流の振幅を検出する振幅検出手段22の出力を用いることにより、制御回路25のさらに高精度な制御を実現できる。
本実施形態においては、図1の制御回路25が、交流電源4からの流入電流を検出する電流検出手段21およびその電流の振幅を検出する振幅検出手段22の出力を用いることにより、さらに高精度な制御を実現する。これは、特にモータのトルク範囲が大きい場合に有効な手段となる。図2には負荷トルクが変化した場合の、電流位相特性を併記している。トルクが増大すると、電圧に対する電流進角が少なくなると共に、電圧に対する電流進角特性の変曲点が電流進角の少ない側に移動してくる。電圧に対する電流の位相を一定に保つ駆動制御は変曲点を越えることができないので、より広範囲な駆動を実現するためには、変曲点がどのあたりになるかをあらかじめ知っておく必要がある。そこで、モータ駆動装置の入力に電流検出手段21を設け、その検出出力の振幅を振幅検出手段22により検出することにより、制御回路25では入力電流値を知ることができる。
図5(a)〜(c)は、モータへの印加電圧に余裕がある場合の高効率な駆動を実現するための波形図である。図5(a)は半導体スイッチの通電指令を示したもので、時刻T500からT502までは通電オフ、時刻T502からT503までは正方向の通電、時刻T503からT505までは通電オフ、時刻T505からT506まで負方向の通電、時刻T506からT508までは再び通電オフ、時刻T508からT509まではプラス通電、時刻T509からT511までは通電オフと、通電オフ、正方向通電、通電オフ、負方向通電の組合せをサイクリックに行っている。
図6A及び図6Bは起動時における制御動作を示す波形図である。起動時の超低速回転では誘起電圧も低く、回転変動との区別が難しいため、駆動時に通電の位相変調を行うことが困難になる。このため、起動の最初は回転位相に関するフィードバックを行わず、あらかじめ定めた周波数の交流電圧を印加して、モータのロータが同期して回転できる状況を作り出す。周期図6A及び図6Bはこのような場合でも起動していくための波形を示したものである。
2 三相ブリッジ回路
3 整流回路
4 交流電源
21 電流検出手段
22 振幅検出手段
25 制御回路
26u、26v、26w 比較回路
Claims (10)
- 各スイッチング素子に並列に逆方向に電流を流すダイオードを設けた素子群により構成される三相フルブリッジ回路を有し、直流電源もしくは交流電源を整流平滑して得られた擬似直流電源を前記三相フルブリッジ回路で任意の電圧と任意の周波数の擬似三相交流に変換して、モータを所望の回転数で駆動するモータ駆動制御装置であって、
前記擬似三相交流は、各相を正方向の通電期間及び非通電期間と負方向の通電期間及び非通電期間をサイクリックに繰り返す擬似三相交流であって、
非通電期間におけるモータの端子電圧を検出して、端子電圧が正から負へと変化する時刻を該当する相の電流が負から正へと変化した時刻とし、端子電圧が負から正へと変化する時刻を該当する相の電流が正から負へと変化した時刻として、得られたそれぞれの電流変化時刻に基づく電流位相と電圧印加した結果発生したモータ端子における交流電圧の位相との差が所望の値となるように印加電圧の位相を調整する制御回路を有する、ことを特徴とするモータ駆動制御装置。 - 前記擬似三相交流において、通電期間における各ブリッジから発生する端子電圧の絶対値が、直流部分の中性点電位に対して、一定電圧であることを特徴とする請求項1記載のモータ駆動制御装置。
- 実際の回転速度と所望の回転速度との偏差に基づき、前記通電期間における各ブリッジから発生する端子電圧の絶対値を調整すること特徴とする請求項2記載のモータ駆動制御装置。
- 前記端子電圧の絶対値を実現可能な最大値にしても所望の回転速度を下回る場合には、非通電期間の比率を増大させ、非通電期間となった略直後に電流極性が反転するように通電開始位相を調整すること特徴とする請求項3記載のモータ駆動制御装置。
- モータ駆動制御装置もしくはモータ駆動制御装置を含むシステムの入力電流もしくは入力電力を検出する入力検出手段をさらに有し、前記入力検出手段の出力を回転数で割った値から算出した値に基づき、前記非通電期間の比率を増大させる上限を設けたことを特徴とする請求項4記載のモータ駆動制御装置。
- モータ駆動装置を含むシステムにおいて、モータ駆動以外の部分で消費する電力のおおよその値があらかじめわかっている場合には、前記入力検出手段の出力から、モータ駆動以外での消費する電力分を差し引いた値を前記入力検出手段の出力とすることを特徴とする請求項5記載のモータ駆動制御装置。
- 前記通電期間に発生する端子への印加電圧の絶対値が実現可能な最大値に対して小さく、かつ、所望の回転速度が実現できているときには、通電期間の比率を増大させ、非通電期間における端子電圧が反転した時点の略直後に通電を開始するように、通電位相を制御することを特徴とする請求項3記載のモータ駆動制御装置。
- モータ駆動制御装置もしくはモータ駆動制御装置を含むシステムの入力電流もしくは入力電力を検出する入力検出手段をさらに有し、前記入力検出手段の出力を回転数で割った値から算出した値に基づき、非通電開始位相と、非通電期間における端子電圧反転の位相との位相差を決定することを特徴とする請求項7記載のモータ駆動制御装置。
- モータ駆動装置を含むシステムにおいて、モータ駆動以外の部分で消費する電力のおおよその値があらかじめわかっている場合には、前記入力検出手段の出力から、モータ駆動以外での消費する電力分を差し引いた値を前記入力検出手段の出力とすることを特徴とする請求項8記載のモータ駆動制御装置。
- 起動時には、各相を正方向の通電期間と非通電期間と負方向の通電期間と非通電期間をサイクリックに繰り返す擬似三相交流をモータに印加し、非通電期間において、端子電圧が反転するように、印加電圧幅を調整し、非通電期間において端子電圧が略着実に反転することを確認する動作を経由させることを特徴とする、請求項7から請求項9のいずれかの請求項に記載のモータ駆動制御装置。
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