JPH03150093A - 直巻2界磁モータの電流制御装置 - Google Patents

直巻2界磁モータの電流制御装置

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JPH03150093A
JPH03150093A JP1289285A JP28928589A JPH03150093A JP H03150093 A JPH03150093 A JP H03150093A JP 1289285 A JP1289285 A JP 1289285A JP 28928589 A JP28928589 A JP 28928589A JP H03150093 A JPH03150093 A JP H03150093A
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Yoshinori Yamamura
吉典 山村
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 この発明は、直巻2界磁モータの電流制御装置に関する
従来の技術 従来の直巻2界磁モータの電流制御装置としては、例え
ば特開昭58−188,751号公報に示すようなもの
がある。
第7111lは、従来の直巻2界磁モータの電流制御装
置の一例を示す回路図である。
同図において、■は全波fIE流回路、2は電流指令値
極性判別回路、3は電流誤差増幅回路、4はPWM信号
発生回路、5はキャリア三角波発生回路、6及び7はA
ND回路、8はNOT回路である。また、9及びIOは
フライホィールダイfオード、l!及び12はパワート
ランジスタ、13はバブテリ、14は電流センサ、15
は直巻2界磁巻線モーター8の回転子、16及び17は
直巻2界磁巻線モーター8の2つの界磁巻線であり、回
転子15及び界磁巻線16.17により直巻2界磁巻線
モーター8が形成されている。
* モして、電流指令値I が全波整流回路!に供給される
と、この全波整流回路Iにより指令値*       
              *          
零N が全波整流され、指令値■ の絶対値口 1が電
流誤差増幅H路3に供給される。すると、こ* の誤差増幅回路3において、絶対値II  I と電流
センサー4からの出力である実電流値Iとの減算* (II+−1)が行われ、さらにこれが増幅係数零 八により増幅され、A・(II  l−1)が得られる
ネ そして、この増幅値A・(口 1−[)がPWM信号発
生回路4に供給される。そして、このPWM信号発生回
路4において、キャリア三角波発生回* 路5からのキャリア三角波CTと増幅値八・(111−
1)とが第8図八に示すようにして比較され、増* 幅値A・(II  l−1)がキャリア三角波CTより
も大となる期間に対応した幅の第8図Bに示すようなP
WM信号が得られる。そして、このPWM信号はAND
回路6の一方の入力端子とAND回路7の一方の入力端
子とに供給される。また、電ネ 流指令値■ は電流指令値極性判別回路2に供給車 され、電流指令値■ の極性を示す信号がA N 1)
回路6の他方の入力端子に供給されるとともに、NOT
回路8を介して、AND@路7の他方の入力端子に供給
される。そして、電流指令値I の極性が正であればA
ND回路6の他方の入力端子は′1レベルとなり、IW
M信号に従ってAND回路6の出力がi”レベルとなり
、これに従って、パワートランジスター1がオンとなる
。すると、界磁巻線I6に電流ILが流れ、回転子15
に例えば左回転方向のトルクTLが発生し、回転子15
は左回転するものである。
* また、電流指令値■ の極性が負であればAND回路7
の他方の入力端子はl°レベルとなり、PWM信号に従
ってAND回路7の出力がl”レベルとなり、これに従
って、バグ−トランジスタI2がオンとなる。すると、
界磁巻線17に電流!アが流れ、回転子I5に例えば右
回転方向のトルクTIIが発生し、H転子15は右回転
するものである。
なお、フライホィールダイオード9及び菖0はパワート
ランジスター1及び■2の保護用のもので^り、これら
のフライホィールダイオード9及びIOが無い場合には
、パワートランジスター1及び12がオンからオフへと
切換わった際、該パワートランジスタII及びI 2.
に高電圧が負荷され、パワートランジスタ11及び■2
が破壊される恐れがあるものである。すなわら、フライ
ホィールダイオード9(又は10)は、パワートランジ
スタII(又は夏2)のオフ時に、それまで界磁巻線1
6(又は17)を流れていた電流をフライホィールダイ
オード9(又は1G)と回転子15と界磁巻線16(又
は17)により形成される閉回路を還流させることによ
り、パワートランジスタII(又は12)に高電圧が負
荷されないようにするものである。
発明が解決しようとする課題 ところで、回転子15の出力トルクrは、トルク定数を
に7とすると、次式のように表すことができる。
T = K r−I 1.  K r・■工=に、(I
L−16) (ただし、上式においては左回転方向のトルクを正とす
るものである) そこで、電流指令値■ が例えば第9図Aに示すような
、振幅■1の方形波電流指令値の場合の界磁巻線16及
び■7に流れる界磁電流IL及び■工を考えてみる。
まず、第9図八に示した方形波電流指令値■1* の区間■〜■においては、電流指令値■ は正であるの
で、パワートランジスター2は完全にオフとなっており
、パワートランジスターlはPWM信号に従って、オン
、オフとなり、モーター8の電機子と界磁電線16に界
磁電流I L= I −が流れる(第9図B)。そして
、電流センサー4からは電流11に対応する信号が誤差
増幅回路3にフィードバックされている。そして、この
とき、モーター5の出力トルクTはに7・(■1−夏R
)−KT−I−となっている。
零 次に、電流指令値! の区間■〜■においては、極性が
正から負へと反転するので、パワートランジスター1は
オフとなる。しかし、H転子!5自体が電気的な誘導負
荷であるので、電流ILはすぐに減衰せず、フライホィ
ールダイオード9.回転子15.界磁aIa1Bを介し
て還流する(第9図C)。この還流電流夏、は次式(+
)によって表すことができる。
1+、=Ia・axp[(R/I、)(t  to))
  ・−−(1)ただし、Kl、は1=1、時に界磁巻
線I6に流れていた電流値、つまりI、、Rはモータ1
8の巻線の抵抗、しはモータ18の巻線のインダクタン
スである。
また、このとき、パワートランジスタ+2はオンとなり
、界磁巻線17に電、流1.が流れる。この電流IMは
次式(2)によって表すことができる。
1 、= V/rt+(1,−V/rj) ・cxp(
(−R/L) ・(L−t、)]・−・(2)ただし、
■はバブテリ!3の電圧値、■、はt−【。時に界磁巻
線17に流れていた電流値である。
電流&i1.は【−【。においては零であるので、第(
2)式は次式(2′)となる。
ts−(v/rt) −〔t  exp(CR/L)(
t−t−))) −・−(2”)そして、電流センサ1
4は電流1t、+Imを電流誤差増幅回路3にフィード
バックする。そして、* 電流I L十I。が電流指令値1 −iとなるように電
流制御される。
つまり、電流Isと第一10図八に示す電流ILとの合
計電流IL+Illが第10図Bに示す電流値1、″と
等しくなるように制御されてしまうため、実際の電流I
mは第10図Cに示すように、電圧値■、と等しくなる
までに、遅れが生じてしまう。
したがって、回転子15の出力トルクにも遅れが生じて
しまうことになる。
なお、第10図Bに示すIR”は電流のフィードバック
制御を行わず、午にパワートランジスター2をオンした
場合の電流の変化を示し、同図中に示ず1.″ はPW
Mによりその電流値が!、となるように制御する場合の
電流の変化を示している。
ネ 電流指令値I の区間■〜■については、上述した区間
■〜■と同様であるので説明は省略する。
ただし、この場合、第9図りに示すように界磁巻線17
に界磁電流IR−1aが流れるものである。
零 次に、電流指令値I の区間■〜■において、電流指令
値I が零となり、パワートランジスタ11及び+2が
ともにオフとなった場合の、フライホィールダイオード
10.回転子15.界磁巻線17を介して還流する電流
1、(第9図E)は、次式(3)によって表すことがで
きる。
1、= 1 、・exp[(−R/L)・(t−t、)
 )=−= (3)ただし、■、は1=1、時に界磁電
線Iフに流れていた電流値である。
* したがって、電流指令値I は零であるにも拘わらず、
この還流電流IRにより、回転子璽5の出力トルクTは
に7・(0−IR)となり、右回転方向へのトルクTI
Iが発生してしまう。
上述したように、従来の直巻2界磁モータの電流制御装
置においては、還流電流の発生によって、ネ 電流指令値■ に対して実際の界磁電流の立ち上かり及
び立ち下がりに遅れが生じてしまい、電流零 指令値I に対応する指令出力トルクに対して、回転子
15の実際の出力トルクに遅れが生じてしまうという欠
点があった。
課題を解決するための手段 そこで、、この発明は、直巻2界磁モータの電流$制御
装置において、一方の界磁巻線16に流れる界磁電流I
Lと他方の界磁巻線17に流れる界磁電流1+iとの差
分に対応する信号を得て、この差水 分に対応する信号が電流指令値■ に追従するように界
磁電流を制御して、フライホィールダイオード、回転子
15.界磁巻線を介して還流する還流電流による界磁電
流の立ち上がり及び立ち下がりの遅れを補償するように
したものである。
作用 ネ 電流指令値■ に対する界磁電流ft、、Inの応答性
が改善され、回転子15の出力トルクの応答性が向上さ
れる。
実施例 第1図は、請求項1に関わる発明の一実施例の回路図で
あり、第7図例と同等なものには同一の符号が付しであ
る。
第1図において、20L、20.は半波整流回路、2N
は反転回路、3L、3.は電流誤差増幅回路、22L、
22Rは減算回路、ft、、4mはPWM信号発生回路
、14L、14Rは電流センサである。
ネ そして、電流指令値I は半波整流回路20t、に供給
され半波整流されて、界磁巻線16の界磁電* 流指令値1c、が得られる。つまり、半波整流回路20
Lは第2図Bに示すような人−出力特性を有ネ しており、電流指令値■ が第2図八に示すような方形
波の場合、半波整流回路20Lの出力であ* る界磁電流指令値ILは第2図Cに示すようなも* のとなる。そして、この界磁電流指令値1 +−は電流
誤差増幅回路3Lに供給され、電流センサー4しからの
出力である実際の界磁電流値ILとの減算ネ U、、−tt、)が行われ、さらにこれが増幅係数八* により増幅され、減算増幅値e r−A −(I r−
1+−)が得られる。そして、この減算増幅値c、、は
減算回路22L及び22.に供給される。
ネ また、電流指令値I は反転回路21に供給され、その
極性が反転された後に、半波整流回路20Ilに供給さ
れる。そして、この半波整流回路2* Okによって、電流指令値■ は半波整流されて、* 界磁巻線Iフの界磁電流指令値1uが得られる。
つまり、半波整流回路20.は半波整流回路201゜と
同様に第2図Bに示すような人−出力特性を有ネ しており、電流指令値■ が第2図Aに示すようネ な方形波の場合、この電流指令値I は反転回路2重に
よって極性が反転されているので、半波整* 旋回路20.の出力である界磁電流指令値1.は第2図
りに示すようなものとなる。
* そして、この界磁電流指令値IMは電流誤差増幅回路3
アに供給され、電流センサー4.からの出力である実際
の界磁電流ft。との減算(夏8′−1*)が行われ、
さらにこれが増幅係数Aにより* 増幅され、減算増幅値e*=A ・(I va  E 
&)が得られる。そして、この減算増幅値eIIは減算
回路22L及び22.に供給される。
そして、減算回路22Lにおいて、減算増幅値eしから
減算増幅値amが減算され、界磁電流値1、からILを
減算した値に対応する減算値e′、=cL(!IIが得
られる。そして、この減算値acはPWM信号発生回路
4Lに供給され、この減算値e″Lとキャリア三角波発
生回路5からのキャリア三角波CTとが比較される。そ
して、比較された結果に応じたPWM信号P W M 
LがバワートランジスクI+に供給される。
また、減算回路22.において、減算増幅fi e l
Iから減算増幅値cLhi誠算され、#i算値C″ニー
Cm  eLが得られる。そして、この減算値eaはI
WM信号発生回路41Iに供給され、この減算値e”a
とキャリア三角波発生回路5からのキャリア三角波C?
とが比較される。そして、比較された結果に応じたPW
M信号P W M IlがパワートランジスタI2に供
給される。
次に、第1図例のさらに詳細な動作について、第3図を
参照して、以下に説明する。
半波整流回路2Oしからの出力である界磁電流* 指令値ILが第3図八に示すような方形波の場合、本 従来のように、電流指令値■ 、と回転子15に流れる
電流とを紘算し、これに基づいて、パワートランジスタ
11を駆動すると、得られる界磁電流ILは第3図Bに
示すように、立ら下がりの悪い電流応答波形となってし
まう。これは、前述したように、フライホィールダイオ
ード9.回転子!5、界磁巻線16を介して還流する還
流電流に起因するものである。したがって、この還流電
流に対応した界磁電流を界磁巻線17に流せば、この還
流電流を補償することができる。つまり、誤差増幅回路
3しからの減算増幅値eL(第3図C)を減算回路22
6に供給し、この減算増幅値et。
を誤差増幅回路3アからの減算増幅値e□から減算する
。すると、第3図りに示すような、減算増幅値et、が
反転された紘算値e″、が得られ、この減算値C′工が
P W M信号発生回路4mに供給される。そして、こ
のPWM信号発生回路4Rにおいて、減算値e′アと三
角波発生回路5からのキャリア三角波Cアとが第3図E
に示すように比較される。そして、比較された結果に応
じたPWM信号PWMア (第3図F)がパワートラン
ジスタ菖2に供給される。そして、フライホィールダイ
オード9.回転子15.界磁巻線I6を介して還流する
還流電流に応じた界磁電流!、が界磁巻線■7に流れる
ことになる。したがって、モータ15の出力トルクは、
第3図Bに示した波形の電流Iしから第3図Gに示した
波形の電流■アを減算した波形の電流IL  I−(第
3図)1)に応じたものとなり、立ち−ドがりのよい出
力トルクとなり、電流* 指令値! 、にほぼ忠実なものとなる。
* なお、界磁電流指令値が! アの場合の動作につネ いては、上述した界磁電流指令値がI+、の場合の動作
と同様であるので説明は省略する。
ネ 第4図は、電流指令値■ に対する電流値1c、−1R
の第1図例の装置の場合と従来の装置の場合とを比較し
に図である。そして、第4図Aは第1* 図例の装置において電流指令値■ が方形波の場合であ
り、第4図Bは従来の装置において電流指* 令値■ が方形波の場合を示すものである。また、第4
図Cは第1図例の装置において電流指令値l*がサイン
波の場合であり、第4図りは従来の装置* において電流指令値■ がサイン波の場合を示すもので
ある。そして、縦軸は電流値を示し、25゜8A/di
vであり、横軸は時間を示し、5 xsec/divで
ある。
この第4図から判断できるように、第1図例の* 装置の電流指令値i に対する電流値It、  Iaの
応答性は、従来の装置のものと比較し、大幅に改舟され
るものである。
第5図は、請求項2に関わる発明の一実施例の回路図で
あり、第1図例と同等なものには同一の符号が付しであ
る。
第5図において、14.は電流センサであり、この電流
センサー4.はリング状のホール素子電流センサである
。そして、この電流センサー4nのリング状のコアには
界磁巻線I6に接続された巻線14o+−と、界磁巻線
17に接続された巻線14011とが互いに逆方向に巻
回されている。そして、巻線14DLはパワートランジ
スターIに接続されるとともに、フライホィールダイオ
ード9に接続される。また、巻線14DRはパワートラ
ンジスタ12に接続されるとともに、フライホィールダ
イオード10に接続される。そして、この電流センサ1
4oから、巻線14ot、に流れる電流1i、と巻線1
4D、に流れる電流IRとの電流差IL  Imが電流
誤差増幅回路3に供給されるものである。
また、5Lはキャリア三角波発生回路であり、このギヤ
リア三角波発生回路5しから正にオフセットされたキャ
リア三角波CTL/J(PWM信号発生回路4Lに供給
される。そして、5.6キャリア三角波発生回路であり
、このキャリア三角波発生回路5Rから負にオフセット
されたキャリア三角波CTII がPWM信号発生回路
411に供給される。
そして、第6図Aに示すような正の方形波の電* 流指令値I が電流誤差増幅回路3に供給されると、こ
の電流誤差増幅回路3において、電流指令ネ 値■ と電流センサー40からの電流差IL  Iaネ との減算(1(It  I□))が行われ、さらにこれ
が増幅係数Aにより増幅され、減算増幅値e=A・(t
 ”−(I L−I R))が得られる。この減算増幅
値eは第6図Bに示すように、電流指令値11の立ち上
がり付近で正に大きなものとなり、立ち下がり付近で、
負に大きなものとなる。そして、* 電流指令値■ の立ち上がり付近のものは、そータ18
の電気的時定数によるものであり、電流指ネ 令値「 のqも下がり付近のものはフライホィールダイ
オード9.回転子15.界磁巻IQ16を介して流れる
還流電流によるものである。そして、この減算増幅値C
は、PWM信号発生回路41及び4.lに供給される。
そして、PWM信号発生回路41、において、減算増幅
値eとキャリア三角波発生回路51−からのキャリア三
角波CTLとが、第6図Cに示すようにして比較され、
この比較結果に応じたPWM信号1WML (第6図D
)がパワートランジスターIに供給される。そして、こ
の信号PWMLに従った界磁電流■、が界磁巻線I6に
流れる。また、PWM信号発生回路41Iにおいて、減
算増幅値eとキャリア三角波発生回路5゜からのキャリ
ア三角波CT@とが、第6図Eに示すようにして比較さ
れ、この比較結果に応じたPWM信号PWM、(第6図
F)がパワートランジスター2に供給される。そして、
この信号PWM。
に従った界磁電流1、が界磁巻線Iフに流れる。
したがって、この界磁電流■1によりフライホィールダ
イオード96回転子15.界磁巻線16を介して還流す
る還流1u流によるモーター8の出力トルクの遅れが補
償されるものである。
つまり、モーター5の出力トルクは、第6図Gに示した
波形の1[流■、から第6図1(に示した波形の電流I
□を減算した波形の電流IL  Is(第6図1)に応
じたものとなり、立ち下がりのよいネ 出力トルクとなり、電流指令値■ にほぼ忠実なものと
なる。
ネ なお、電流指令値1 が負の方形波の場合の動作につい
ては、上述した正の方形波の場合の動作と同様であるの
で説明は省略する。
発明の効果 以上のように、この発明によれば、一方の界磁巻線璽6
に流れる界磁電流!、と他方の界磁巻線Iフに流れる界
磁電流lアとの差分に対応する信号を得て、この差分に
対応する信号が電流指令値* 1 に追従するように界磁電流IL、lIlを制御して
、フライホィールダイオード、回転子15.界磁巻線を
介して還流する還流電流による界磁電流の立ち上がり及
び立ち下がりの遅れを捕値するよ零 うにしたので、電流指令値■ に対する界磁電流IL、
1mの応答性が改善され、モーター8の出力トルクの応
答性が向上される。
【図面の簡単な説明】
第1図は、請求項Iに関わる発明の一実施例の回路図、
第2図及び第3図は一実施例の装置の各信号波形図、第
4図はこの発明の一実施例の装置と従来の装置との電流
応答性の比較波形図、第5図は請求項2に関わる発明の
一実施例の回路図、第6図は第5図に関わる実施例の装
置の各信号波形図、第7図は従来例の回路図、第8図は
PWM信号発生の説明図、第9図は従来の装置の動作説
明図、第10図は従来の装置の界磁電流波形図である。 3.3L、3ア・・・電流誤差増幅回路、4L、4゜・
−PWM信号発生回路、5.5L、5.・・−キャリア
ニ角波発生回路、9.lO−・・フライホィールダイオ
ード、11.12・・・パワートランジスタ、I4、.
14□、140−・電流センサ、14DL、14DN・
・−電流センサー4oの巻線、15−・・回転子、16
゜■7・・・界磁巻線、+8・・・直巻2界磁モータ、
22* 、、22.−・・減算回路、l ・・・電流指令値、I
L。 15・−界磁電流。 、r1 ・・1−年 第4図 rPぞM・ (6)L−一一一−Jさζ乙−一−− 暴  (k−IR 1   /″   7PWMt し′ 1F 第9図 畳     、■* −fflffil   障ヒ      H月  IF
、ヒ第10図 」

Claims (3)

    【特許請求の範囲】
  1. (1)2つの界磁巻線を有する直巻2界磁モータの電流
    制御装置において、 上記2つの界磁巻線のうちの一方の界磁巻線に流れる第
    1の界磁電流を検出する第1の電流センサと、 上記2つの界磁巻線のうちの他方の界磁巻線に流れる第
    2の界磁電流を検出する第2の電流センサと、 上記第1の電流センサからの出力信号と、上記第2の電
    流センサからの出力信号との差分を、上記第1及び第2
    の界磁電流の電流指令値と比較して、上記差分が上記電
    流指令値に追従するように上記第1及び第2の界磁電流
    を制御する回路とを備えた直巻2界磁モータの電流制御
    装置。
  2. (2)2つの界磁巻線を有する直巻2界磁モータの電流
    制御装置において、 上記2つの界磁巻線のうちの一方の界磁巻線に流れる第
    1の界磁電流と他方の界磁巻線に流れる第2の界磁電流
    との電流差を検出する電流センサと、 上記電流センサからの出力信号と、上記第1及び第2の
    界磁電流の電流指令値とを比較して、上記電流センサか
    らの出力信号が上記電流指令値に追従するように上記第
    1及び第2の界磁電流を制御する回路とを備えた直巻2
    界磁モータの電流制御装置。
  3. (3)特許請求の範囲第2項に記載の直巻2界磁モータ
    の電流制御装置において、上記電流センサはリング状の
    コアを有するホール素子形の電流センサであり、上記リ
    ング状のコアに、上記一方の界磁巻線に接続された巻線
    と上記他方の界磁巻線に接続された巻線とが互いに逆方
    向に巻装されてなる直巻2界磁モータの電流制御装置。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2001268977A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 New Japan Radio Co Ltd Pwm信号発生方法及びpwm回路

Cited By (1)

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JP2001268977A (ja) * 2000-03-17 2001-09-28 New Japan Radio Co Ltd Pwm信号発生方法及びpwm回路

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