JPH0130397B2 - - Google Patents

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JPH0130397B2
JPH0130397B2 JP55173772A JP17377280A JPH0130397B2 JP H0130397 B2 JPH0130397 B2 JP H0130397B2 JP 55173772 A JP55173772 A JP 55173772A JP 17377280 A JP17377280 A JP 17377280A JP H0130397 B2 JPH0130397 B2 JP H0130397B2
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JP
Japan
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voltage
speed
motor
current
transistor
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Application number
JP55173772A
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Japanese (ja)
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JPS57101586A (en
Inventor
Michio Hisatake
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Janome Corp
Original Assignee
Janome Sewing Machine Co Ltd
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Publication date
Application filed by Janome Sewing Machine Co Ltd filed Critical Janome Sewing Machine Co Ltd
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Publication of JPH0130397B2 publication Critical patent/JPH0130397B2/ja
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    • HELECTRICITY
    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/292Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC
    • H02P7/293Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual DC dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using static converters, e.g. AC to DC using phase control

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 (技術分野) 本発明は、半導体制御素子を用いて整流子モー
タの速度制御を行う制御装置に関するものであ
る。
DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION (Technical Field) The present invention relates to a control device that controls the speed of a commutator motor using a semiconductor control element.

(目的) 本発明の目的は、交流電源を用いて運転直巻形
される整流子モータを速度制御するものであつ
て、半導体制御素子を用いて電源電流を全波整流
してモータを速度制御する制御装置において前記
半導体制御素子の点弧位相を決定しモータの運転
速度に関してフイードバツク効果をもたらすとこ
ろのモータの電機子への供給電流とフリーホイー
ル電流が流れていない区間(以下モータ非通電と
略す)におけるモータ速度起電圧が、その全位相
にわたつて効果的に取り出され、該電圧によつて
点弧制御されることにより、従来より大きなフイ
ードバツク量を安定的に得られるようにした制御
装置を提供しようとするものである。
(Objective) The object of the present invention is to control the speed of a series-wound commutator motor using an AC power supply, and to control the speed of the motor by full-wave rectification of the power supply current using a semiconductor control element. In a control device that operates, there is a period in which the supply current to the armature of the motor and the freewheel current, which determine the firing phase of the semiconductor control element and provide a feedback effect regarding the motor operating speed, are not flowing (hereinafter abbreviated as motor non-energization). ), the motor speed electromotive voltage is effectively taken out over all its phases, and ignition is controlled using this voltage, thereby stably obtaining a larger amount of feedback than before. This is what we are trying to provide.

(従来技術) 従来、この種の制御装置として、速度設定する
ための基準電圧とモータ速度起電圧に関する電圧
とを比較しながら点弧位相を制御するものが種々
提案されているが、低速制御領域において最大フ
イードバツク量が少ないとか、トルク変動が大の
ときにフイードバツクの応答性が遅いなどの欠点
を有するものであつた。
(Prior Art) Conventionally, various control devices of this type have been proposed that control the ignition phase while comparing a reference voltage for setting the speed with a voltage related to the motor speed electromotive force. However, this type of motor has disadvantages such as a small maximum feedback amount and slow feedback response when torque fluctuations are large.

(解決手段) 本発明は、上記の欠点を除去すべく創案された
ものであり、モータの供給電流を位相制御するた
めの半導体制御素子を点弧制御するに当つて、モ
ータの電機子への供給電流とフリーホイール電流
が流れている区間(以下モータ通電と略す)と非
通電とを検出する検出回路を設け、その非通電時
の全位相にわたつてモータの速度起電圧をとり出
し、且つ少なくとも引続く通電を介する非通電時
までこれを有効に保持し、一方、速度を指定する
ために設定されまたは操作を含んでこれが調節さ
れてなり、電源電圧に同期するところののこぎり
波よりなる速度指定電圧を発生させ、該電圧と前
記保持された速度起電圧とを電源半サイクル毎に
比較して速度指定電圧が速度起電圧を越える位相
毎に半導体制御素子の点弧回路を作動させてその
点弧位相を決めようとするものである。速度指定
電圧が例えばより高速を指定するならばのこぎり
波の傾斜はより急しゆんであり、よつて点弧位相
が進み、このようにしてその傾斜を適宜に選ぶこ
とによつて殆ど全領域にわたつて点弧位相を調節
することが可能となる。そしてモータ負荷が例え
ば増加すると速度起電圧が低下し、よつてその保
持される電圧も低下して速度指定電圧がこれを常
時上まわることになつて点弧位相が進んでモータ
回転速度の低下を補償するものである。
(Solution Means) The present invention was devised to eliminate the above-mentioned drawbacks, and in controlling the firing of a semiconductor control element for controlling the phase of the current supplied to the motor, A detection circuit is provided to detect a section in which the supply current and freewheel current are flowing (hereinafter referred to as motor energization) and a non-energized state, and the speed electromotive force of the motor is extracted over all phases during the non-energized state, and This remains effective at least until de-energization through subsequent energization, while the speed is set or includes an operation to specify the speed, which consists of a sawtooth waveform where it becomes synchronized with the supply voltage. A specified voltage is generated, the voltage and the held speed electromotive voltage are compared every half cycle of the power supply, and an ignition circuit of the semiconductor control element is activated for each phase in which the speed specified voltage exceeds the speed electromotive voltage. The purpose is to determine the firing phase. If the speed specifying voltage specifies, for example, a higher speed, the slope of the sawtooth wave will be steeper, and the firing phase will therefore advance, and in this way, by choosing the slope appropriately, it can be applied to almost the entire range. It becomes possible to adjust the firing phase over time. When the motor load increases, for example, the speed electromotive voltage decreases, and the voltage that is maintained also decreases, and the speed specified voltage always exceeds this, causing the ignition phase to advance and the motor rotation speed to decrease. It is meant to compensate.

(実施例) 本発明の実施例を図によつて説明するに、第1
図は制御回路図であり、図中、eは交流電源、
SW1は電源スイツチ、Mは整流子モータで、Ar
はその電機子、Stは同様にその界磁コイル、D1
D2は該モータへの電流供給用のダイオード、
SCR1,SCR2は同様に電流供給用のサイリスタ
で、これらD1,D2,SCR1,SCR2は全波位相制
御のための混合ブリツジ回路を構成している。
D3は電機子電流検出用のダイオードで、複数の
ダイオードを直列接続してその順方向電圧降下を
検出する。D4はフリーホイールダイオードで、
サイリスタSCR1,SCR2が点弧状態から遮断状態
に移行したときに、引続く短時間励磁を継続させ
るために界磁コイルStの保持電流回路を構成し、
且つ後記する速度起電圧のとり出し経路をなして
いる。D5は同様にフリーホイールダイオード
で、、サイリスタSCR1,SCR2が遮断状態に移行
たときに電機子Arの発生電圧を短絡する。ダイ
オードD6は速度起電圧のとり出し経路をなす。
ダイオードD7,D8はダイオードD1,D2とともに
全波整流ブリツジを構成し、サイリスタSCR1
SCR2を点弧制御するために電源電圧eの全波整
流電圧VAを供給する。ZD1はツエナーダイオー
ド、C1は平滑用コンデンサ、R1は抵抗で、これ
らは該点弧制御用の定電圧Vccを供給する。なお
Gは0電圧のレベル線である。
(Example) To explain an example of the present invention using figures, the first example is as follows.
The figure is a control circuit diagram, in which e is an AC power supply,
SW 1 is the power switch, M is the commutator motor, and Ar
is its armature, St is likewise its field coil, D 1 ,
D2 is a diode for supplying current to the motor;
Similarly, SCR 1 and SCR 2 are thyristors for supplying current, and these D 1 , D 2 , SCR 1 and SCR 2 constitute a mixed bridge circuit for full-wave phase control.
D3 is a diode for detecting armature current, and detects the forward voltage drop by connecting multiple diodes in series. D 4 is a freewheeling diode,
When the thyristors SCR 1 and SCR 2 transition from the ignition state to the cutoff state, a holding current circuit of the field coil St is configured in order to continue excitation for a short time,
It also forms a path for taking out the speed electromotive force, which will be described later. Similarly, D5 is a freewheeling diode, which short-circuits the voltage generated by the armature Ar when the thyristors SCR1 and SCR2 shift to the cut-off state. Diode D6 forms a path for taking out the speed electromotive force.
Diodes D 7 and D 8 together with diodes D 1 and D 2 constitute a full-wave rectifier bridge, and thyristors SCR 1 ,
In order to control the ignition of SCR 2 , a full-wave rectified voltage V A of the power supply voltage e is supplied. ZD 1 is a Zener diode, C 1 is a smoothing capacitor, and R 1 is a resistor, which supplies a constant voltage Vcc for the ignition control. Note that G is a level line of 0 voltage.

ZD2は電圧VAを受けて作動するツエナーダイ
オードであり、そのツエナー電圧が電圧VAに対
して微小になつていて、該電圧VAの0電圧近傍
を除いて殆ど全位相にわたつて導通状態としてお
り、抵抗R2とR3とで分圧した分電圧VBは、第2
図にその波形を示す如く電圧VAが0電位となつ
ている近傍のみが0電位の電圧をなしている。そ
して前記電圧は、トランジスタTr1のベース電圧
をなしていて、そのベース、エミツタ間電圧特性
によつて0電位以外は平坦な電圧となつている。
ZD 2 is a Zener diode that operates in response to a voltage V A , and its Zener voltage is very small compared to the voltage V A , and it is conductive over almost all phases except for the vicinity of 0 voltage of the voltage V A. state, and the divided voltage V B divided by resistors R 2 and R 3 is the second
As shown in the waveform in the figure, only the area near where the voltage V A is at 0 potential is at 0 potential. The voltage constitutes the base voltage of the transistor Tr1 , and is a flat voltage except for zero potential due to the voltage characteristics between the base and emitter.

なお、第2図において電圧VA以下の横軸は時
間(t)、縦軸の数字は第1図における各電圧
(ボルト)を表わしている。t0はスイツチSW1
入時点を示している。トランジスタTr1のコレク
タはトランジスタTr2のベースに接続され、そし
て抵抗R4を介して電圧Vccを受けていて、電圧
VBが0のときにトランジスタTr1が不導通となつ
たことによつてトランジスタTr2を導通させる。
トランジスタTr2のコレクタ、エミツタ間にはコ
ンデンサC2が接続され、該コンデンサはトラン
ジスタTr2が不導通のとき速度コントローラスイ
ツチSW2、コントローラ可変抵抗VR、固定抵抗
R5を介して充電され、該トランジスタが導通す
ると急激に放電する。その電圧Vcは第2図の如
く、スイツチSW2を時刻t1において閉とした以
後、電源eの半波毎ののこぎり波をなす。
COMP1はオーブンコレクタの演算増巾器で、そ
の反転入力端子(−)には抵抗R6,R7によつて
電圧Vccを分圧した微小電圧を受けている。そし
て非反転入力端子(+)には電圧Vcを受けてい
て、スイツチSW2の開閉状態を検出し、その出力
電圧VDは時刻t1以後、電圧Vcが0電位をわずか
に越える毎に平坦な電位となる。R8は前記オー
ブンコレクタなるがための負荷抵抗である。電圧
VDは抵抗R9を介してコンデンサC3に充電されて、
該充電電圧VEは第2図の如くほぼ平坦になり、
スイツチSW2を開にして電圧VDが連続的に0電
位となると電圧VEは抵抗R9、演算増巾器COMP1
を介して急激に放電されるようになつている。ト
ランジスタTr3はコントローラスイツチSW2が開
のとき即ち電圧VEが0となると不導通となつて
コントローラ操作状態を検出する。R10はそのベ
ース抵抗である。COMP2はオーブンコレクタの
演算増巾器で、その非反転入力端子(+)にはの
こぎり波の電圧Vcを受けている。そして反転入
力端子(−)にはモータ速度起電圧に関する電圧
VFを受けて電圧Vcがこれを上まわつた位相毎に
出力することによつて速度起電圧の大小を評価し
て後記するサイリスタ点弧位相を決定する。演算
増巾器はまたスイツチSW2が開のときにはサイリ
スタを点弧させないために反転入力端子(−)の
電圧VFを電圧Vcより充分高電位にしてある。即
ちトランジスタTr3のコレクタは抵抗R11を介し
て電圧Vccを受けていてトランジスタTr4のベー
スに接続され、該トランジスタのコレクタが抵抗
R12を介してトランジスタTr5のベースに接続さ
れ、スイツチSW2が開のとき、トランジスタTr3
が不導通、トランジスタTr4,Tr5が導通となつ
て演算増巾器COMP2の反転入力端子(−)に電
圧Vccを与えるようになつている。R13はトラン
ジスタTr5のベース、エミツタ間抵抗である。コ
ンデンサC4は速度起電圧に関する電圧が平滑さ
れた電圧VFになるようにするためのものであり、
R14はその放電抵抗である。トランジスタTr6
演算増巾器COMP2の出力電圧VGをベースに受け
ていて該電圧が発生する毎に導通してトランジス
タTr7を導通させ、そのとき速度制御用のサイリ
スタSCR1,SCR2のいずれか一方を点弧させるよ
うになつている。R15はR6と同様な負荷抵抗、
R16はトランジスタTr6の負荷抵抗、R17はトラン
ジスタTr7のベース、エミツタ間抵抗、C5は該ト
ランジスタの誤動作防止用コンデンサ、R18はサ
イリスタSCR1,SCR2のゲート電流制限抵抗、抵
抗R19、コンデンサC6は該各サイリスタの誤点弧
防止用、抵抗R20,R21は該サイリスタ相互の点
弧バランス用である。Tr8はモータ電機子電流検
出用のトランジスタで、ダイオードD3の順方向
電圧降下電圧を抵抗R22を介してそのベースに受
けて導通し、そして該電流が無くなつたとき即ち
サイリスタSCR1,SCR2が消弧した後にフリーホ
イールダイオードD5を介する電機子電流が0に
なつた時点で不導通となつて、トランジスタ
Tr9,Tr10が導通して、そのときのモータMの速
度起電圧がダイオードD4、トランジスタTr10
を介して演算増巾器COMP2の反転入力端子(−)
に与えられるようになつている。R23はトランジ
スタTr9のベース電圧を決めるために設けたトラ
ンジスタTr8の負荷抵抗、R24はトランジスタ
Tr10のベース電位を決めるためのベース、エミ
ツタ間抵抗、R25はトランジスタTr9の負荷抵抗、
抵抗R26は抵抗R14と共働して前記速度起電圧を
分圧して電圧VFを生ぜしめ、且つコンデンサC4
と共働してそのときの充電時定数をもたらす。
VH,VI,VJはそれぞれモータ端子電圧、電機子
電流検出電圧、モータ電流遮断時における速度起
電圧とスイツチSW2解放時供給電圧とである。
In FIG. 2, the horizontal axis below the voltage V A represents time (t), and the numbers on the vertical axis represent each voltage (volt) in FIG. 1. t 0 indicates the time when switch SW 1 is turned on. The collector of the transistor Tr 1 is connected to the base of the transistor Tr 2 and receives the voltage Vcc through the resistor R 4 , and the voltage
When V B is 0, the transistor Tr 1 becomes non-conductive, which causes the transistor Tr 2 to become conductive.
A capacitor C 2 is connected between the collector and emitter of the transistor Tr 2 , and when the transistor Tr 2 is non-conducting, the capacitor C 2 is connected to the speed controller switch SW 2 , the controller variable resistor VR, and the fixed resistor.
It is charged through R5 and rapidly discharges when the transistor becomes conductive. As shown in FIG. 2, the voltage Vc forms a sawtooth wave every half wave of the power supply e after the switch SW 2 is closed at time t 1 .
COMP 1 is an oven collector operational amplifier, and its inverting input terminal (-) receives a minute voltage obtained by dividing the voltage Vcc by resistors R 6 and R 7 . The non-inverting input terminal (+) receives voltage Vc, detects the open/closed state of switch SW 2 , and output voltage V D flattens every time voltage Vc slightly exceeds 0 potential after time t1 . It becomes a potential. R 8 is the load resistance for the oven collector. Voltage
V D is charged to capacitor C 3 through resistor R 9 ,
The charging voltage V E becomes almost flat as shown in FIG.
When the switch SW 2 is opened and the voltage V D becomes 0 potential continuously, the voltage V E is connected to the resistor R 9 and the operational amplifier COMP 1.
It is designed to be rapidly discharged through the . When the controller switch SW 2 is open, that is, when the voltage V E becomes 0, the transistor Tr 3 becomes non-conductive and detects the controller operation state. R 10 is its base resistance. COMP 2 is an oven collector operational amplifier, and its non-inverting input terminal (+) receives a sawtooth wave voltage Vc. And the inverting input terminal (-) has a voltage related to the motor speed electromotive force.
By receiving V F and outputting it for each phase in which the voltage Vc exceeds it, the magnitude of the speed electromotive voltage is evaluated and the thyristor firing phase, which will be described later, is determined. The operational amplifier also has the voltage VF at the inverting input terminal (-) set to a sufficiently higher potential than the voltage Vc so as not to fire the thyristor when the switch SW2 is open. That is, the collector of the transistor Tr 3 receives the voltage Vcc through the resistor R 11 and is connected to the base of the transistor Tr 4 , and the collector of the transistor receives the voltage Vcc through the resistor R 11.
connected to the base of transistor Tr 5 through R 12 and when switch SW 2 is open, transistor Tr 3
is non-conductive, and transistors Tr 4 and Tr 5 are made conductive to apply voltage Vcc to the inverting input terminal (-) of operational amplifier COMP 2 . R13 is a resistance between the base and emitter of the transistor Tr5 . Capacitor C4 is for ensuring that the voltage related to the speed electromotive force becomes a smoothed voltage VF ,
R14 is its discharge resistance. The transistor Tr 6 receives the output voltage V G of the operational amplifier COMP 2 as a base, and conducts every time this voltage is generated, causing the transistor Tr 7 to conduct, and at that time, the speed control thyristors SCR 1 and SCR 2 It is designed to ignite either one of the two. R 15 is a load resistance similar to R 6 ,
R 16 is the load resistance of transistor Tr 6 , R 17 is the base and emitter resistance of transistor Tr 7 , C 5 is the capacitor for preventing malfunction of the transistor, R 18 is the gate current limiting resistance of thyristors SCR 1 and SCR 2 , and the resistance R 19 and capacitor C 6 are used to prevent erroneous firing of each thyristor, and resistors R 20 and R 21 are used to balance firing between the thyristors. Tr 8 is a transistor for detecting the motor armature current, which receives the forward voltage drop of the diode D 3 at its base through the resistor R 22 and becomes conductive, and when the current disappears, that is, the thyristor SCR 1 , When the armature current through the freewheeling diode D5 becomes 0 after SCR 2 is extinguished, it becomes non-conducting and the transistor
When Tr 9 and Tr 10 conduct, the speed electromotive voltage of the motor M at that time is transferred to the inverting input terminal (-) of the operational amplifier COMP 2 via the diode D 4 , transistor Tr 10 , etc.
It is beginning to be given to R 23 is the load resistance of transistor Tr 8 provided to determine the base voltage of transistor Tr 9 , R 24 is the transistor
Resistance between the base and emitter for determining the base potential of Tr 10 , R 25 is the load resistance of transistor Tr 9 ,
Resistor R 26 cooperates with resistor R 14 to divide the speed electromotive voltage to generate voltage V F , and capacitor C 4
This works together with the charge time constant to provide the charging time constant at that time.
V H , V I , and V J are the motor terminal voltage, the armature current detection voltage, the speed electromotive voltage when the motor current is cut off, and the supply voltage when the switch SW 2 is released.

以上の構成において以下その動作を説明する。
時刻t0において電源スイツチSW1を閉とすると電
圧VAは以後全波整流電圧となる。トランジスタ
Tr1は、電圧VAが0近傍となる微小期間において
0となるところの電圧VBによつてその微小期間
のみ不導通となり、そのときトランジスタTr2
ベース電圧を供給し、コントローラスイツチSW2
を時刻t1において閉とすると、以後電圧VBが0と
なる毎に該トランジスタは導通してコンデンサ
C2の電荷を放電し、不導通の期間はコントロー
ラ可変抵抗VR、抵抗R5を介して充電してのこぎ
り波Vcが発生する。スイツチSW2が開のときは
電圧Vcは0であり、よつて電圧VD,VEは0、ト
ランジスタTr3は不導通、トランジスタTr4,Tr5
は導通であつて、コンデンサC4の充電電圧VF
電圧Vccとなつていて、電圧VGは0、トランジ
スタTr6,Tr7は不導通、よつてサイリスタ
SCR1,SCR2は点弧していない。スイツチSW2
時刻t1において閉とし、可変抵抗VRを例えば比
較的大にしてモータ速度を低速に指定した場合を
考える。電圧Vcの傾斜はその指定に基づいてい
る。電圧VD,VEが発生し、トランジスタTr3
導通し、トランジスタTr4,Tr5が不導通となる
と、コンデンサC4の電荷は抵抗R14を介して放電
してゆく、そして時刻t2において電圧Vcが電圧
VFを上まわる位相において電圧VGが発生して、
トランジスタTr6,Tr7が導通してサイリスタ
SCR1,SCR2(のいずれか一方)が点弧し、モー
タ端子電圧VHが供給されてモータMは回転開始
する。そして電圧Vcが0になると電圧VGが0と
なつてこれより若干遅れた位相t3においてサイリ
スタSCR1,SCR2は消弧する。そしてモータ端子
電圧VHへ0になるがモータ電端子Arのインダク
タンスによつてダイオードD3,D5、電機子Arの
経路のフリーホイール電流は時刻t4まで流れ続け
る。その間、ダイオードD3の順電圧降下VIによ
りトランジスタTr8は導通し、トランジスタTr9
Tr10は不導通である。コンデンサC4は放電を続
け、電圧VFは更に抵下する。時刻t4において電機
子電流が無くなると、トランジスタTr8は不導通
となり、トランジスタTr9,Tr10が導通し、且つ
電機子Arはモータ速度に比例した微小に速度起
電圧を発生する。これは通常、界磁Stの残留磁気
に基づくが、一般には界磁Stのインダクタンスが
電機子Arのそれに比べて著しく大であるので、
第1図の回路において、フリーホイールダイオー
ドD4を介するフリーホイール電流によつて通常
の残留磁気によるものより相当増大されている。
この速度起電圧は、ダイオードD4、トランジス
タTr10、抵抗R26,R14、ダイオードD6、電機子
Arを経路とする微小電流回路を形成しており、
電圧VIとしてダイオードD6の順電圧降下が図示
してある。そして速度起電圧は、界磁Stのインダ
クタンスが充分大であるので殆ど減衰しない。こ
のときの速度起電圧はモータ端子電圧VHとに図
示してあり、更に電圧VJとして拡大して記し、
約15ボルトであることが示されている。コンデン
サC4の電圧VFは電圧VJに応じて若干増大する。
時刻t5において電圧Vcが電圧VFを越えるとサイ
リスタSCR1,SCR2は点弧して電圧VFは徐々に
低下し、そして消弧した後において速度起電圧に
よつて上昇し、これらコンデンサC4の充放電と
サイリスタSCR1,SCR2の点弧と消弧とを電源e
の半サイクル毎に繰り返す。なお電圧Vcが0と
なる毎にVDは0となるがコンデンサC3の電圧VE
は、スイツチSW2が閉となつている間は0となら
ないように放電抵抗R8の値が設定されており、
よつてトランジスタTr3はこのとき不導通にはな
らないのでコンデンサC4は電圧Vccによつて充電
されることはない。
The operation of the above configuration will be explained below.
When the power switch SW 1 is closed at time t 0 , the voltage V A becomes a full-wave rectified voltage from then on. transistor
Tr 1 becomes non-conductive for only a minute period due to the voltage V B which becomes 0 during a minute period when the voltage V A is near 0, and at that time supplies the base voltage to the transistor Tr 2 and switches the controller switch SW 2
If V B is closed at time t 1 , the transistor becomes conductive and the capacitor becomes 0 every time the voltage V B becomes 0.
The charge on C2 is discharged, and during the non-conducting period, it is charged through the controller variable resistor VR and resistor R5 , generating a sawtooth wave Vc. When the switch SW 2 is open, the voltage Vc is 0, so the voltages V D and VE are 0, the transistor Tr 3 is non-conducting, and the transistors Tr 4 and Tr 5
is conductive, the charging voltage V F of the capacitor C 4 is the voltage Vcc, the voltage V G is 0, and the transistors Tr 6 and Tr 7 are non-conductive, so the thyristor
SCR 1 and SCR 2 are not firing. Consider a case in which the switch SW 2 is closed at time t 1 and the motor speed is specified to be low by setting the variable resistance VR to a relatively large value, for example. The slope of voltage Vc is based on its specification. When voltages V D and V E are generated, transistor Tr 3 becomes conductive, and transistors Tr 4 and Tr 5 become non-conductive, the charge in capacitor C 4 is discharged through resistor R 14 , and at time t 2 The voltage Vc is the voltage
A voltage V G is generated in the phase exceeding V F ,
Transistors Tr 6 and Tr 7 become conductive and become a thyristor.
SCR 1 and SCR 2 (one of them) is fired, motor terminal voltage V H is supplied, and motor M starts rotating. Then, when the voltage Vc becomes 0, the voltage VG becomes 0, and the thyristors SCR 1 and SCR 2 are extinguished at a phase t 3 slightly delayed from this. Then, the motor terminal voltage V H becomes 0, but the freewheel current in the path of the diodes D 3 , D 5 and the armature Ar continues to flow until time t 4 due to the inductance of the motor terminal Ar. Meanwhile, transistor Tr 8 becomes conductive due to the forward voltage drop V I of diode D 3 , and transistors Tr 9 ,
Tr 10 is non-conducting. Capacitor C 4 continues to discharge and voltage V F drops further. When the armature current disappears at time t4 , the transistor Tr8 becomes non-conductive, the transistors Tr9 and Tr10 become conductive, and the armature Ar generates a small speed electromotive voltage proportional to the motor speed. This is usually based on the residual magnetism of the field St, but generally the inductance of the field St is significantly larger than that of the armature Ar, so
In the circuit of FIG. 1, the freewheeling current through the freewheeling diode D4 is considerably increased over that due to normal remanence.
This speed electromotive force is generated by diode D 4 , transistor Tr 10 , resistors R 26 , R 14 , diode D 6 , armature
It forms a microcurrent circuit using Ar as a path.
The forward voltage drop across diode D 6 is shown as voltage V I . The speed electromotive force is hardly attenuated because the inductance of the field St is sufficiently large. The speed electromotive force at this time is shown as the motor terminal voltage V H , and is further enlarged and written as the voltage V J.
It is shown to be approximately 15 volts. The voltage V F of the capacitor C 4 increases slightly in accordance with the voltage V J.
When the voltage Vc exceeds the voltage VF at time t5 , the thyristors SCR 1 and SCR 2 are fired, and the voltage VF gradually decreases, and after extinguishing, it rises due to the speed electromotive force, and these capacitors The charging and discharging of C 4 and the ignition and extinguishing of thyristors SCR 1 and SCR 2 are performed by the power source e.
Repeat every half cycle. Note that every time the voltage Vc becomes 0, V D becomes 0, but the voltage V E of the capacitor C 3
The value of discharge resistance R8 is set so that it does not become 0 while switch SW2 is closed.
Therefore, since the transistor Tr 3 does not become non-conductive at this time, the capacitor C 4 is not charged by the voltage Vcc.

つぎに時刻t6においてモータMに重負荷をかけ
ると、回転速度が低下してモータ負荷電流が増大
し、サイリスタSCR1,SCR2が消弧した後、即ち
電圧VHが0になつた後におけるフリーホイール
ダイオードD5を介する電流は、より長時間流れ、
軽負荷のときと比べて遅れた位相t7において前よ
りモータ速度が遅くなつたことにより速度起電圧
VJはより低くなつて、コンデンサC4は引続き放
電して電圧VFは低下する。よつて、より進んだ
位相t8において電圧Vcが電圧VFを上まわるので
サイリスタSCR1,SCR2の点弧位相が進む。コン
デンサC4は前記同様に充放電を繰り返し、且つ
速度起電圧VJの低下に見合つたところまでVF
電圧レベルが下るので、更に点弧位相が進んだと
ころで平衡する。よつてモータMにかかる実効電
圧は増大して、より強力に駆動される。
Next, when a heavy load is applied to the motor M at time t 6 , the rotation speed decreases and the motor load current increases, and after the thyristors SCR 1 and SCR 2 are extinguished, that is, after the voltage V H becomes 0. The current through the freewheeling diode D 5 in flows for a longer time,
At phase t7 , which is delayed compared to when the load is light, the motor speed becomes slower than before, so the speed electromotive force increases.
As V J becomes lower, capacitor C 4 continues to discharge and voltage V F decreases. Therefore, in the more advanced phase t8 , the voltage Vc exceeds the voltage VF , so that the firing phases of the thyristors SCR1 and SCR2 advance. The capacitor C4 repeats charging and discharging in the same manner as described above, and the voltage level of VF decreases to a point commensurate with the decrease in the speed electromotive voltage VJ , so that equilibrium occurs when the ignition phase further advances. Therefore, the effective voltage applied to the motor M increases and the motor M is driven more powerfully.

つぎにモータMの負荷が更に重くなつて回転が
停止すると、速度起電圧VJは0となり、トラン
ジスタTr10も導通することなく、よつてコンデ
ンサC4は電圧0になるまで放電を続け、時刻t10
においてはサイリスタSCR1,SCR2は殆ど全方相
にわたつて動作状態となる。即ち、可変抵抗VR
が低速指定となつている場合においてもモータM
には最大の実効電圧が印加されてモータ拘束状態
から脱出すべく作用する。このことはこの種のモ
ータが低速運転時において特に要求するところの
フイードバツク効果が非常に強力に表われている
ことを意味する。
Next, when the load on the motor M becomes heavier and the rotation stops, the speed electromotive voltage V J becomes 0, the transistor Tr 10 does not become conductive, and the capacitor C 4 continues discharging until the voltage becomes 0, and the time t10
In this case, thyristors SCR 1 and SCR 2 are in operation over almost all phases. That is, variable resistance VR
Even if motor M is specified as low speed
The maximum effective voltage is applied to the motor to release it from the locked state. This means that the feedback effect which this type of motor requires especially during low speed operation is very strong.

第3図は、コントローラ可変抵抗VRを小にし
て通常負荷にてモータMを高速運転しているとき
の各部電圧を第2図と同様に示したものであり、
第2図と比べて電圧Vcの傾斜は急になり且つコ
ンデンサC2の充電が或る程度飽和することを示
している。速度起電圧VJが大であるので、電圧
VFも高くなるが、電圧Vcの傾斜が大であるの
で、サイリスタSCR1,SCR2は比較的進んだ位相
で点弧してモータMには全電圧に近い電圧が印加
される。そして速度起電圧VJが大であるために、
モータ端子電圧VHのうちの電源電圧eによる電
圧を越える位相t11以後においてモータ電流が抑
制されて、電源電圧eが0になる手前の位相t12
において、サイリスタSCR1,SCR2は消弧し、電
機子電流が0となり、速度起電圧のみが残る。そ
の時点から電圧VFは上昇するが、電圧Vcの上昇
傾向が大であるので、比較的進んだ位相t13にお
いてVF<VcとなつてサイリスタSCR1,SCR2
点弧する。高速運転においては、一般にモータ負
荷や、モータ自身の慣性のために負荷の変動に対
して回転の変動が敏感ではないので、フイードバ
ツク効果をあまり重要視しないが、この場合にお
いても速度起電圧VJの増減によつて同様に時点
t13が右左に移動してフイードバツク効果をもた
らす。なお電圧Vcは飽和曲線的に設定されてい
るが、これは軽負荷になつたときに異常な高速に
なることを阻止するべく寄与している。
Figure 3 shows the voltages at various parts when the motor M is operated at high speed under normal load with the controller variable resistance VR set to a small value, in the same way as in Figure 2.
Compared to FIG. 2, the slope of voltage Vc becomes steeper and indicates that the charging of capacitor C2 is saturated to some extent. Since the speed electromotive force V J is large, the voltage
Although V F also increases, since the slope of voltage Vc is large, thyristors SCR 1 and SCR 2 are fired in relatively advanced phases, and a voltage close to the full voltage is applied to motor M. And since the speed electromotive voltage V J is large,
After the phase t 11 of the motor terminal voltage V H that exceeds the voltage due to the power supply voltage e, the motor current is suppressed and the phase t 12 is just before the power supply voltage e becomes 0.
At this point, the thyristors SCR 1 and SCR 2 are extinguished, the armature current becomes 0, and only the speed electromotive force remains. From that point on, the voltage V F increases, but since the rising tendency of the voltage Vc is large, at a relatively advanced phase t 13 , V F <Vc and the thyristors SCR 1 and SCR 2 fire. In high-speed operation, the speed electromotive force V Similarly, depending on the increase or decrease of
t 13 moves left and right, creating a feedback effect. Note that the voltage Vc is set according to a saturation curve, which contributes to preventing abnormally high speeds when the load becomes light.

(効果) 以上の如く、本発明によれば、モータの非通電
時の全位相にわたつてモータ速度起電圧をとり出
して保持し、のこぎり波が電源波形の最小値を起
点として全位相にわたつてその速度起電圧の保持
値と比較してモータ制御用サイリスタの点弧位相
を決めるのであるから、モータ負荷が非常に重く
なつて速度起電圧が微小になると点弧位相は電源
波形の最小値に近づいてモータは全電圧駆動され
ることになり、このことは特にモータを低速運転
するためにサイリスタの点弧角を小にしている場
合においても負荷の変動に対して殆ど全電圧に至
るまで点弧角が増大されて強力なフイードバツク
効果をもたらすことになる。そして負荷の変動に
対する応答性については、コンデンサC4の充放
電時定数を適宜設定することによつて、他の回路
条件に支障をもたらすことなく高速応答を可能に
する。
(Effects) As described above, according to the present invention, the motor speed electromotive force is extracted and held over all phases when the motor is not energized, and the sawtooth wave is generated over all phases starting from the minimum value of the power supply waveform. Then, the firing phase of the motor control thyristor is determined by comparing it with the held value of the speed electromotive force, so if the motor load becomes very heavy and the speed electromotive force becomes minute, the firing phase will be set to the minimum value of the power supply waveform. As the motor approaches , the motor will be driven at full voltage, and this means that even if the firing angle of the thyristor is small to operate the motor at low speed, the motor will be driven at almost full voltage due to load fluctuations. The firing angle will be increased resulting in a strong feedback effect. As for responsiveness to load fluctuations, by appropriately setting the charging/discharging time constant of capacitor C4 , high-speed response can be achieved without interfering with other circuit conditions.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は本発明の実施例を示す制御回路図、第
2図及び第3図はその動作を説明するための各部
波形図である。 図中、eは交流電源、SCR1,SCR2は半導体制
御素子、Mは整流子モータ、ダイオードD3及び
トランジスタTr8,Tr9は検出装置の主たる要素、
トランジスタTr10は速度起電圧抽出装置の主た
る要素、コンデンサC4は保持装置の主たる要素、
ツエナーダイオードZD2とトランジスタTr1
Tr2及びコントローラ可変抵抗VR並びにコンデ
ンサC2は速度指定電圧発生装置の主たる要素、
COMP2は比較器、トランジスタTr6,Tr7は点弧
装置の主たる要素である。
FIG. 1 is a control circuit diagram showing an embodiment of the present invention, and FIGS. 2 and 3 are waveform diagrams of various parts for explaining its operation. In the figure, e is an AC power supply, SCR 1 and SCR 2 are semiconductor control elements, M is a commutator motor, a diode D 3 and transistors Tr 8 and Tr 9 are main elements of the detection device,
Transistor Tr 10 is the main element of the speed electromotive force extraction device, capacitor C 4 is the main element of the holding device,
Zener diode ZD 2 and transistor Tr 1 ,
Tr 2 , controller variable resistance VR and capacitor C 2 are the main elements of the speed specified voltage generator,
COMP 2 is a comparator, and transistors Tr 6 and Tr 7 are the main elements of the ignition device.

Claims (1)

【特許請求の範囲】[Claims] 1 半導体制御素子を用いて直巻形整流子モータ
への供給電流を交流電源から全波位相制御する装
置において、モータの電機子への供給電流と該電
流がもたらすフリーホイール電流の各電流の有無
を交流電源の周期の進行に伴つて連続的に検出す
る検出装置と、前記電流が流れていない全位相に
わたつてモータの速度起電圧をとり出す速度起電
圧抽出装置と、前記速度起電圧を一時的に保持す
る保持装置と、前記交流電源の半波毎に同期した
のこぎり波形をなし該のこぎり波の個々が等価的
に前記交流電源の半波全域にわたつており該波形
の傾斜がモータ速度指定に対応しているところの
電圧を発生する速度指定電圧発生装置と、該速度
指定電圧発生装置の電圧と前記保持装置の電圧と
を前記交流電源位相の変化に応じて比較して前記
半導体制御素子の点弧位相制御信号を発生する比
較器と、該点弧位相制御信号によつて前記半導体
制御素子を点弧させる点弧装置とを設けてなる整
流子モータの速度制御装置。
1 In a device that uses a semiconductor control element to control the full-wave phase of the current supplied to a series-wound commutator motor from an AC power supply, the presence or absence of each current of the current supplied to the armature of the motor and the freewheel current caused by this current. a detection device that continuously detects the current as the cycle of the AC power source progresses; a speed electromotive force extraction device that extracts the speed electromotive force of the motor over all phases in which the current does not flow; A holding device temporarily holds a sawtooth waveform that is synchronized with every half wave of the AC power source, each of the sawtooth waves equivalently spanning the entire half wave of the AC power source, and the slope of the waveform depending on the motor speed. A speed designation voltage generation device that generates a voltage corresponding to the specified speed, and a voltage of the speed designation voltage generation device and a voltage of the holding device are compared in accordance with changes in the AC power supply phase to control the semiconductor. A speed control device for a commutator motor, comprising: a comparator that generates a firing phase control signal for an element; and an ignition device that fires the semiconductor control element in accordance with the firing phase control signal.
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