JPH01103190A - Controller for synchronous motor - Google Patents
Controller for synchronous motorInfo
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- Control Of Ac Motors In General (AREA)
Abstract
Description
【発明の詳細な説明】
(産業上の利用分野)
本発明は、同期電動機制御装置に関し、−層詳しくは安
価かつ簡mな構成で速度調整を行なうのに好適な同期電
動機の制御装置に関するものである。DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Industrial Application Field) The present invention relates to a synchronous motor control device, and more particularly to a synchronous motor control device suitable for speed adjustment with an inexpensive and simple configuration. It is.
(従来技術)
同期電動機は、同期速度以外では回転トルクを発生せず
、始動トルクはほとんど零に近い。そのため、同期電動
機の始動を行うためには、始動(制動)8線を備えた自
己始動法によるか、あるいは始動用の補助電動機が必要
となる。(Prior Art) A synchronous motor does not generate rotational torque at speeds other than synchronous speed, and the starting torque is almost zero. Therefore, in order to start the synchronous motor, a self-starting method with eight starting (braking) wires or an auxiliary motor for starting is required.
また、同期電動機は同期速度で回転する全くの定速度電
動機であって、速度−Jmは困難であるが、同期速度そ
のものを変えることによって速度制御を行うことができ
る。すなわち、電源の周波数を変化させるか、極数を変
化させるかである。Further, a synchronous motor is a completely constant speed motor that rotates at a synchronous speed, and although it is difficult to control the speed -Jm, speed control can be performed by changing the synchronous speed itself. In other words, the question is whether to change the frequency of the power supply or change the number of poles.
電源周波数を変化させる方式は、電動機が専用の発電機
によって運転される場合に可能である。極数を変化させ
る方式では、電機子巻線の極数と界磁数とを同時に切り
換えなければならない。A method of varying the power supply frequency is possible if the electric motor is operated by a dedicated generator. In the method of changing the number of poles, the number of poles of the armature winding and the number of fields must be changed at the same time.
しかしながら、上記従来技術の同期電動機では起動が困
難であり、特殊な起動装置を必要とするため構成が複雑
かつ高価である。また、同期電動機は高速では負荷電流
が比較的に少ないものの低速になるにしたがい負荷電流
が増加するため、高速から低速まで広範囲に速度3I!
!−するのが困難である。更には、同期電動機は従来よ
り回転子に永久磁石が使用されており、電動機の小型化
及び効率化には磁石の強力なものが必要であったが、そ
れには希土類磁石が使用されているため極めて高価であ
る。However, the above-mentioned conventional synchronous motor is difficult to start and requires a special starting device, resulting in a complicated and expensive configuration. In addition, although the load current of a synchronous motor is relatively small at high speeds, the load current increases as the speed decreases, so the speed 3I!
! - It is difficult to do. Furthermore, synchronous motors have conventionally used permanent magnets in the rotor, and in order to make motors more compact and efficient, powerful magnets were needed, but rare earth magnets are used for this purpose. Extremely expensive.
こうした種々の問題点を解決するため、本出願人は、先
に「同期電動機制御装置」 (特願昭号明細占参照)を
提案した。この同期
電動機−制御装置では、通電位相演算回路において周波
数制御13号により制御される三相矩形波発信回路の出
力と、位相制御信号とを比較し、通電位相を演算制御す
ることによって、自動的に同期電動機の起動を制御する
ものである。そしてこの通電位相演算回路では、電流値
を微分してトルクに不要な電流入力をカットするように
していたが、負荷によってロータの磁石位置が変化し、
遅れたり、進んだりするため、実際には的確な制御がで
きない場合があった。In order to solve these various problems, the present applicant previously proposed a ``synchronous motor control device'' (see specification of patent application No. 1999). This synchronous motor control device automatically calculates and controls the energization phase by comparing the output of the three-phase rectangular wave oscillation circuit controlled by frequency control No. 13 with the phase control signal in the energization phase calculation circuit. This controls the starting of the synchronous motor. In this energization phase calculation circuit, the current value is differentiated to cut unnecessary current input to torque, but the rotor magnet position changes depending on the load.
In practice, there were cases in which accurate control was not possible because the system was delayed or advanced.
(目的)
本発明の目的は、このような先の技術の問題点を改みし
、簡単な起動装置で起動から高速運転まで円滑に同期電
動機を自動的に運転可能とし、かつ、高速度から低速度
までの範囲の速度制御を可能とする同期電動機制御装置
を提供することにある。(Purpose) The purpose of the present invention is to correct the problems of the previous technology, to enable a synchronous motor to automatically operate smoothly from startup to high-speed operation using a simple startup device, and to enable smooth operation of a synchronous motor from high-speed to high-speed operation. An object of the present invention is to provide a synchronous motor control device that enables speed control in a range up to low speeds.
(問題点を解決するための手段)
上記問題点を解決するため、本発明の同期電動機の制御
装置は、多相同期電動機と、電源スイッチの投入に応答
して、発振周波数を零より直線的に所定の高周波数まで
増加するよう指示する周波数制御信号を出力する周波数
調整回路と、前記周波数制御信号にしたがって多相矩形
波の発振周波を制御される多相矩形波発振回路と、前記
周波数調整回路の前記周波数制御信号に関連する信号に
したがって位相制御信号を出力する通電位相調整回路と
、前記多相矩形波発振回路の多相矩形波発振周波数の位
相を前記位相制御信号にしたがって制御する通電位相演
算回路と、前記通電位相演算回路の出力多相矩形波信号
を増幅して前記電動機の界磁巻線に与える駆動回路とを
備えた同期電動機制御装置において、前記多相電動機の
ステータボックスのPT一次側にロータの位置を検出す
るホールセンサを設け、前記通電位相演算回路は、上記
ホールセンサからの位置検出信号と、前記位相制御信号
とを比較演算する に特徴有するものである。(Means for Solving the Problems) In order to solve the above problems, the synchronous motor control device of the present invention provides a multi-phase synchronous motor and an oscillation frequency that is linearly adjusted from zero in response to turning on a power switch. a frequency adjustment circuit that outputs a frequency control signal instructing the frequency to increase to a predetermined high frequency; a polyphase rectangular wave oscillation circuit that controls the oscillation frequency of the polyphase rectangular wave according to the frequency control signal; and the frequency adjustment circuit. an energization phase adjustment circuit that outputs a phase control signal in accordance with a signal related to the frequency control signal of the circuit; and an energization that controls the phase of the polyphase rectangular wave oscillation frequency of the multiphase rectangular wave oscillation circuit in accordance with the phase control signal. A synchronous motor control device comprising a phase calculation circuit and a drive circuit that amplifies an output multiphase rectangular wave signal of the energization phase calculation circuit and supplies it to a field winding of the motor, A Hall sensor for detecting the position of the rotor is provided on the primary side of the PT, and the energization phase calculation circuit compares and calculates the position detection signal from the Hall sensor and the phase control signal.
(作用)
本発明においては、上記通電位相演算回路は、該ホール
センサからの位置検出信号と、上記位相制御信号とを比
較演算することにより、電流値の微分だけでは不充分で
あった電流制御を的確に行うものである。(Function) In the present invention, the energization phase calculation circuit performs a comparison operation between the position detection signal from the Hall sensor and the phase control signal, thereby controlling the current, which was insufficient only by differentiating the current value. This is done accurately.
これにより、同期電動機の自動起動制御および広範囲な
速度制御がより確実となる。This makes automatic start control and wide range speed control of the synchronous motor more reliable.
(実施例)
以下、本発明の一実施例を、図面により詳細に説明する
。(Example) Hereinafter, an example of the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
第2図は、本発明を通用した同期電動機の制御装置のブ
ロック構成図である。FIG. 2 is a block diagram of a synchronous motor control device to which the present invention is applied.
第2図において、2は多相同期電動機でありここでは例
えば三相同期電動機とする。4は高周波発振回路であり
発振周波数は数10KHzである。In FIG. 2, reference numeral 2 denotes a polyphase synchronous motor, and here it is assumed to be, for example, a three-phase synchronous motor. 4 is a high frequency oscillation circuit, and the oscillation frequency is several tens of KHz.
発振周波数を高周波としたのは小型の装置で効率良く電
動機の電機子に励磁電流を供給するためである。またこ
の発振信号は周波数調整回路14に供給され電動機の起
動48号として使用されると共に、位相反転増幅回路6
に供給され正相及び逆相の信号を得る。増幅回路6の出
力信号は励磁電力増幅回路8により増幅され、回転変成
器10の一次側を励磁する。回転変成器10は励磁電力
増幅回路8で増幅された高周波を電動機の回転子に無接
触で高効率に供給するために高周波変成器で構成され、
一次側は固定され二次側は電動機の主軸に取付けられて
回転子と共に回転する。The oscillation frequency is set to a high frequency in order to efficiently supply exciting current to the armature of the motor with a small device. Further, this oscillation signal is supplied to the frequency adjustment circuit 14 and used as a starting signal 48 for the motor, and the phase inversion amplifier circuit 6
is supplied to obtain positive phase and negative phase signals. The output signal of the amplifier circuit 6 is amplified by the excitation power amplifier circuit 8, and excites the primary side of the rotary transformer 10. The rotary transformer 10 is configured with a high frequency transformer in order to supply the high frequency amplified by the excitation power amplification circuit 8 to the rotor of the electric motor without contact and with high efficiency.
The primary side is fixed, and the secondary side is attached to the main shaft of the motor and rotates together with the rotor.
回転変成器10の二次側から供給される高周波信号は直
流変換器12、すなはち全波整流器で整流され回転子の
電機子コイルに供給される。A high frequency signal supplied from the secondary side of the rotary transformer 10 is rectified by a DC converter 12, that is, a full wave rectifier, and is supplied to the armature coil of the rotor.
16は三相矩形波発振回路を示す。従来の三相矩形波発
振回路は、リングカウンタ発振器等を用いて連続矩形波
を発振してその波形を組み合わせて三相矩形波を形成し
ているため回路構成が複雑であった。本発明において用
いられる発振回路は極めて少ない素子数で構成されるよ
うにしたものである。16 indicates a three-phase rectangular wave oscillation circuit. Conventional three-phase rectangular wave oscillation circuits have complicated circuit configurations because they oscillate continuous rectangular waves using a ring counter oscillator or the like and combine the waveforms to form three-phase rectangular waves. The oscillation circuit used in the present invention is constructed with an extremely small number of elements.
14は三相矩形波発振回路16の発振周波数を制御する
ための周波数調整回路である。すなはち、高周波発振回
路4からの出力(2号に応答して三相矩形波発振回路1
6の発振周波数を制御し電動機の起動時に低い周波数か
ら高い周波数に変化させると共に、電動機の回転数を広
範囲に制御するために安定した三相矩形波の周波数を広
範囲に変化可能とするものである。14 is a frequency adjustment circuit for controlling the oscillation frequency of the three-phase rectangular wave oscillation circuit 16. In other words, the output from the high frequency oscillation circuit 4 (in response to No. 2, the three-phase rectangular wave oscillation circuit 1
In addition to controlling the oscillation frequency of 6 and changing it from a low frequency to a high frequency when starting the motor, it is also possible to change the frequency of the stable three-phase rectangular wave over a wide range in order to control the rotation speed of the motor over a wide range. .
通電位相J!I整回路20は周波a調整回路14の出力
信号に応答して三相矩形波発振回路16の出力矩形波の
位相を制御する信号を通電位相演算回路18に与えて三
相矩形波の位相を制御するものである。Energizing phase J! The I adjustment circuit 20 responds to the output signal of the frequency a adjustment circuit 14 and supplies a signal for controlling the phase of the output rectangular wave of the three-phase rectangular wave oscillation circuit 16 to the energization phase calculation circuit 18 to adjust the phase of the three-phase rectangular wave. It is something to control.
従来、同期電動機においては、負荷トルクが同じであっ
ても高速回転ではある程度負荷電流は少なく、ある程度
の効率を売ることができるが、低速度となるにつれて加
速度的に負荷電流が増加し使用に耐えなくなる。したが
って同期電動機の連続的な速度調整は困難であった。そ
こで、本装置においては、回転トルク発生に必要な電流
のみを流しその低回転トルク発生に必要でない電流を遮
断するよう通電位相調整回路20が三相矩形波を位相制
御するものである。Conventionally, in synchronous motors, even if the load torque is the same, the load current is low to a certain extent at high speed rotation, and it is possible to sell some efficiency, but as the speed decreases, the load current increases at an accelerating rate, making it difficult to withstand use. It disappears. Therefore, continuous speed adjustment of synchronous motors has been difficult. Therefore, in this device, the energization phase adjustment circuit 20 controls the phase of the three-phase rectangular wave so that only the current necessary for generating rotational torque flows and the current not necessary for generating low rotational torque is cut off.
通電位相演算回路18は通電位相:A差回路20からの
位相制御信号に従い三相矩形波信号の位相を電動機の効
率を高くするよう制御して緩衝増幅回路22に与える。The energization phase calculation circuit 18 controls the phase of the three-phase rectangular wave signal in accordance with the phase control signal from the energization phase:A difference circuit 20 so as to increase the efficiency of the motor, and supplies the control signal to the buffer amplifier circuit 22.
緩衝増幅回路22は、電動機駆動回路24と通電位相演
算回路18が直結されていると負荷に衝軍的変化があっ
た場合、安定した位相制御が行われなくなる危険がある
ので、それを緩和するための増幅回路である。したがっ
てこの回路は普通のインバータ増幅器が使用されている
。The buffer amplifier circuit 22 alleviates the risk that stable phase control will not be performed when there is an impulsive change in the load when the motor drive circuit 24 and the energization phase calculation circuit 18 are directly connected. This is an amplifier circuit for Therefore, a common inverter amplifier is used in this circuit.
第1図は、本発明の一実施例を示す通電位相演算回路の
構成図である。これは、第2図の通電位相演算回路の詳
細構成例であり、先に提案した特願昭 号明
細書(以下、先願という)第2図の通電位相制御演算回
路を改良したものである。FIG. 1 is a configuration diagram of an energization phase calculation circuit showing an embodiment of the present invention. This is a detailed configuration example of the energization phase calculation circuit shown in Fig. 2, and is an improvement of the energization phase control calculation circuit shown in Fig. 2 of the previously proposed patent application No. 1 (hereinafter referred to as the prior application). .
第1図において、101〜116はオペアンプ、117
はFET、118.119はSBS。In FIG. 1, 101 to 116 are operational amplifiers, 117
is FET, 118.119 is SBS.
200〜208は
を行う回路、TRl−TR7はトランジスタR1〜R6
2は抵抗、DI〜D13はダイオード、ZDIはツェナ
ーダイオード、CIはコンデンサ、C2〜C3はコンデ
ンサである。以下、この回路の動作について説明する。200 to 208 are circuits that perform the following, and TR1 to TR7 are transistors R1 to R6.
2 is a resistor, DI to D13 are diodes, ZDI is a Zener diode, CI is a capacitor, and C2 to C3 are capacitors. The operation of this circuit will be explained below.
上記した先願では、三相矩形波発振回路の出力矩形波を
微分器により微分して、トルクに不要(オーバ)な電流
入力をカットしていた。微分波形の最大値は周波数に対
して一定であり、各微分波の最終波高値は周波数が低く
なるにしたがって低くなる。しかし、ロータとステータ
との相対位置は、負荷によって変化するため、周波数制
御信号によって発振周波数を階段波形の直線上に制御す
るだけでは不充分であった。すなわち、ある時点におい
て、負荷電流が流れすぎることがあった。In the above-mentioned prior application, the output rectangular wave of the three-phase rectangular wave oscillation circuit is differentiated by a differentiator to cut unnecessary (excessive) current input to torque. The maximum value of the differential waveform is constant with respect to frequency, and the final peak value of each differential wave decreases as the frequency decreases. However, since the relative position between the rotor and the stator changes depending on the load, it is insufficient to simply control the oscillation frequency on a straight line of the staircase waveform using the frequency control signal. That is, at some point, too much load current may flow.
そこで、本実施例では、同期電動機のステータボックス
のPT1次側にホールセンサを設け(図示せず)、この
ホールセンサによりロータとステータとの相対位置を検
出し、この位置検出信号を抵抗R1〜R6を介してオペ
アンプ101〜103に入力し、位相演算制御を行うこ
とにより、より確実な低速から高速への速度制御を可能
とした。Therefore, in this embodiment, a Hall sensor is provided on the PT primary side of the stator box of the synchronous motor (not shown), the Hall sensor detects the relative position between the rotor and the stator, and this position detection signal is sent to the resistor R1. By inputting the signal to the operational amplifiers 101 to 103 via R6 and performing phase calculation control, more reliable speed control from low speed to high speed is possible.
このホールセンサの数は三相の場合は3個設けるものと
し、相数(例えば、二相、四相など)に応じて設定個数
や設定位置を変更するものとする。In the case of a three-phase system, three Hall sensors are provided, and the number and position of the Hall sensors are changed depending on the number of phases (for example, two-phase, four-phase, etc.).
このように、本実施例においてはロータの位置を検出す
るホールセンサを設け、位置検出信号によって位相演算
制御を行うので、先願の微分器による電流値微分だけよ
り正確な運転制御ができる。In this way, in this embodiment, a Hall sensor is provided to detect the position of the rotor, and phase calculation control is performed based on the position detection signal, so that more accurate operation control can be achieved than by the current value differentiation using the differentiator of the previous application.
(発明の効果)
以上説明したように、本発明によれば、ホールセンサか
らの位置検出信号と位相制御信号とを比較演算すること
により、電流制御を行うものであるから、簡単な起動装
置で起動から高速運転まで円滑に同期電動機を自動的に
運転可能となり、かつ、高速度から低速度までの範囲の
高性能な速度制御を行えることができる。(Effects of the Invention) As explained above, according to the present invention, current control is performed by comparing and calculating the position detection signal from the Hall sensor and the phase control signal, so a simple starting device can be used. The synchronous motor can be automatically operated smoothly from startup to high-speed operation, and high-performance speed control can be performed in the range from high speed to low speed.
第1図は本発明の一実施例を示す位相演算回路の構成図
、第2図は本発明を適用した同期電動機のブロック構成
図である。
18・・・通電位相演算回路、
101〜116・・・オペアンプ、
117・ ・ ・FET
118.119・・・SBS。
200〜208・・・ を行う回路、TRI〜
TR7・・・トランジスタ、
R1−R62・・・抵抗、
D1〜DI3・・・ダイオード、
ZDI ・・・ツェナーダイオード、C1・・・コン
デンサ、
02〜C3・・・コンデンサ。
特許出願人 出来電気 株式会社FIG. 1 is a block diagram of a phase calculation circuit showing an embodiment of the present invention, and FIG. 2 is a block diagram of a synchronous motor to which the present invention is applied. 18... Energization phase calculation circuit, 101-116... Operational amplifier, 117... FET 118.119... SBS. 200~208... Circuit, TRI~
TR7...Transistor, R1-R62...Resistor, D1-DI3...Diode, ZDI...Zener diode, C1...Capacitor, 02-C3...Capacitor. Patent applicant Dekidenki Co., Ltd.
Claims (1)
線的に所定の高周波数まで増加するよう指示する周波数
制御信号を出力する周波数調整回路と、 前記周波数制御信号にしたがって多相矩形波の発振周波
を制御される多相矩形波発振回路と、前記周波数調整回
路の前記周波数制御信号に関連する信号にしたがって位
相制御信号を出力する通電位相調整回路と、 前記多相矩形波発振回路の多相矩形波発振周波数の位相
を前記位相制御信号にしたがって制御する通電位相演算
回路と、 前記通電位相演算回路の出力多相矩形波信号を増幅して
前記電動機の界磁巻線に与える駆動回路とを備えた同期
電動機制御装置において、 前記多相電動機のステータボックスのPT一次側にロー
タの位置を検出するホールセンサを設け、 前記通電位相演算回路は、上記ホールセンサからの位置
検出信号と、前記位相制御信号とを比較演算することを
特徴とする同期電動機制御装置。[Claims] A multiphase synchronous motor; a frequency adjustment circuit that outputs a frequency control signal instructing to linearly increase the oscillation frequency from zero to a predetermined high frequency in response to turning on a power switch; a polyphase rectangular wave oscillation circuit whose oscillation frequency of a polyphase rectangular wave is controlled in accordance with the frequency control signal; and an energization phase adjustment circuit which outputs a phase control signal in accordance with a signal related to the frequency control signal of the frequency adjustment circuit. and an energization phase calculation circuit that controls the phase of the polyphase rectangular wave oscillation frequency of the polyphase rectangular wave oscillation circuit in accordance with the phase control signal, and amplifying the output polyphase rectangular wave signal of the energization phase calculation circuit to A synchronous motor control device comprising a drive circuit for applying a field winding to a field winding of an electric motor, wherein a Hall sensor for detecting the position of the rotor is provided on the PT primary side of the stator box of the multiphase motor, and the energization phase calculation circuit comprises: A synchronous motor control device characterized in that a position detection signal from the Hall sensor and the phase control signal are compared and calculated.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62259399A JPH01103190A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Controller for synchronous motor |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
JP62259399A JPH01103190A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Controller for synchronous motor |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
JPH01103190A true JPH01103190A (en) | 1989-04-20 |
Family
ID=17333594
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
JP62259399A Pending JPH01103190A (en) | 1987-10-14 | 1987-10-14 | Controller for synchronous motor |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
JP (1) | JPH01103190A (en) |
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5097192A (en) * | 1990-07-09 | 1992-03-17 | Yamamoto Electric Corporation | Controller of a synchronous motor |
-
1987
- 1987-10-14 JP JP62259399A patent/JPH01103190A/en active Pending
Cited By (1)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
US5097192A (en) * | 1990-07-09 | 1992-03-17 | Yamamoto Electric Corporation | Controller of a synchronous motor |
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