JPH04156288A - 電動機制御装置 - Google Patents

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］ 本発明は電動機制御装置、特に電流制御回路をｉえ、パ
ルス幅変調インバータ回路による制御を行う電動機制御
装置の過負荷状態における保護機能の改良に関する。

［従来の技術］ 第４図は電力変換部２７の温度保護回路２６を備えた一
般的な電動機制御装置のブロック図である。

この装置は、モータ２０を駆動させる装置であり、エン
コーダ３０のフィードバックによりモータ２０を速度制
御するものである。

第４図より明らかなように、この装置は、速度ＩＩ７御
・電流指令発生回路６と電流制御・インバータ回路７と
加熱防止回路８とから構成されている。

つまり、速度制御・電流指令発生回路６がエンコーダ３
０からの信号により速度制御及び電流指令の発生を行い
、電流制御・インバータ回路７がモータ２０に供給され
る電流を制御し、更に加熱防止回路８が電力変換部２７
からモータ２０に供給される電流を監視し、装置の安全
を図る構造を有している。

速度制御・電流指令発生回路６中のアンプ１１は速度指
令値ＶＣＭＤと速度検出値ＶＡＣＴの差を増幅しトルク
指令値ＴＣＭＤを出力するアンプである。

一方、エンコーダ３０の位置信号は、位相分配回路２２
により、位相信号としてＵ相とＶ相とに分配され、Ｕ、
　Ｖ相電流指令ＩＵＣＭＤおよびＩＶＣＭＤを生成し、
さらにこれらは電流制御・インバータ回路７中のＵ、Ｖ
相電流アンプ１４，１５へ伝達され、それぞれ指令値Ｖ
ＵＣＭＤ、ＶＶＣＭＤを生成する。

ここで、電流制御・インバータ回路７中のＵ。

Ｖ相電流アンプ１５．１６は、前記Ｕ、Ｖ相電流指令Ｉ
ＵＣＭＤ及びＩＶＣＭＤとモータ２０に供給される電流
を検出する電流検出器３２および３３の出力信号Ｉｕａ
、Ｉｖａの差を増幅するＵ。

Ｖ相電流アンプであり、生成した指令値ＶＵＣＭＤと指
令値ＶＶＣＭＤはこれらを加算して得られた指令値ＶＷ
ＣＭＤとともにそれぞれＵ、　Ｖ、　Ｗ相コンバータ１
６，１７．１８に伝達される。

さらに、ここに伝達された指令値Ｖ　Ｕ　ＣＭ　Ｄ　。

ＶＶＣＭＤおよびＶＷＣＭＤは、三角波発生回路２５か
ら出力される三角波信号ＴＲＷと比較され、この比較結
果に対応したパルス信号を生成し、これが電力変換部２
７からモータ２０に印加される電圧を決定し、この結果
、モータ２０に流れる電流を制御する。

さらに、モータ２０の過負荷は電流検圧器３２゜３３の
出力信号を監視する熱モデル回路２４及び保護回路２６
によって検知される。

熱モデル回路２４には、モータ２０に供給される電流に
対しての電力変換部２７内の電力半導体の温度上昇率が
あらかしめプログラムされており、ここで電流検出器３
２．３３により検出されたモータ２０に供給される電流
を表す信号１ｕａ、１ｖａは、電力変換部２７の温度上
昇値を表す信号Ｑａに変換される。

さらに信号Ｑａは、保護回路２６へ出力され、この中で
予め設定された基準レベルＲＶと常に比較される。そし
て、信号Ｑａのレベルが基準レベルＲＶより大きくなっ
た時には、電力供給部２７へ駆動停止信号ＢＬＫを発し
、モータ２０の駆動を停止させる。

このようにしてモータ２０の過負荷に対する保護がはか
られており装置の熱破壊を防止している。

なお、第５図（Ａ）に示されるように加熱防止回路８中
の熱モデル回路２４のプログラムは、電力変換部２７の
電流に対する温度上昇曲線に近似させた１次遅れ処理を
行なうように作成されている。すなわち、熱モデル回路
２４て行われる１次遅れ処理は、電力変換部２７の温度
上昇曲線に近似されており、一般に時定数は数十秒〜数
百秒に設定されている。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、駆動されるモータ２０の熱時定数は、数
分〜数十分てあり、電力変換部の熱時定数と比較して、
１桁〜２桁大きい数値となっている。このずれのために
急激な負荷の増大や拘束状態になった時の熱モデル回路
２４の判断に基くモータ２０駆動の停止は、モータ２０
側の過負荷に対する余裕を充分残したままの停止にさせ
てしまう、という欠点かあった。

本発明は、上述のような事情からなされたものであり、
本発明の目的は、モータの過負荷耐量を損なわない電動
機制御装置を提供することにある。

［課題を解決するための手段］ 上述の課題を解決するために、本発明は、パルス幅変調
方式により電力半導体を制御してモータを駆動する電動
機制御装置において電力半導体からモータに供給される
電流を検出し、該検出値と前記電力半導体の温度上昇と
の関係のモデル情報を有した熱モデル回路による前記電
力半導体の温度上昇の判断情報に応じて、前記電力半導
体のパルス幅変調キャリア周波数を制御する手段を用い
ることにより、発熱量を制御し、装置の過負荷耐量を向
上させている。

［作用〕 本発明では、電力半導体の温度上昇曲線を近似した熱モ
デル回路の出力に応じて、パルス幅変調周波数を変更す
るので、モータ負荷が増大した場合にパルス幅変調キャ
リア周波数を下げることにより、電力半導体の発熱量を
低下させ、温度上昇速度を抑えることが可能である。す
なわち、モータが過負荷になった場合に自動的に電力半
導体の発熱量を低下させるので、結果的に電動機制御装
置の過負荷耐量を向上させることができる。

［実施例］ 第１図は、本発明による電動機制御装置であり、この装
置は、モータ２０を駆動させる装置で、エンコーダ３０
のフィードバックによりモータ２０を速度制御するもの
であり、速度制御・電流指令発生回路６と電流制御・イ
ンバータ回路７と加熱防止回路８とから構成されている
。

各構成部分のうちの、速度制御・電流指令発生回路６か
エンコーダ３０からの信号により速度制御及び電流指令
の発生を行い、電流制御・インバータ回路７がモータ２
０に供給される電流を制御し、更に加熱防止回路８が装
置の安全を図る構造を有しているところは、第４図に示
した従来装置と同様である。

しかしながら、キャリア周波数設定回路２８とゲイン設
定回路２９か付加されているところが、従来とは、異な
る。

ここで、キャリア周波数設定回路２８は、三角波発生回
路２５の三角波の周波数を、ゲイン設定回路２９は、Ｕ
、　Ｖ相電流アンプ１．４．１５のゲインを変更させる
ことができる。

本発明装置においては、電流検出器３２．　３３により
検出された、モータ２０に供給される電流を表す信号１
ｕａ、Ｉｖａか熱モデル回路２４に入力され、熱モデル
回路２４にて電力変換部２７の温度上昇率に近似させた
１次遅れ処理が行われるところは従来と同様である。し
かしながら、この後、熱モデル回路２４から出力される
信号Ｑａは、従来とは異なり、保護回路２６の他にキャ
リア周波数設定回路２８とゲイン設定回路２９に分配さ
れる。

この内、キャリア周波数設定回路２８においては、熱モ
デル回路２４から出力される信号Ｑａにより表された電
力変換部２７の温度上昇率の近似値に応して、三角波発
生回路２５が出力すべき三角波の出力周波数が、また、
これと同時に、ゲイン設定回路２９においても、熱モデ
ル回路２４から出力される信号Ｑａに応じてＵ、Ｖ相電
流アンプ１４．１５のゲインが設定される。

この様にして、電力変換部２７の温度上昇率に応して、
三角波発生回路２５から出力される三角波の出力周波数
とＵ、Ｖ相電流アンプ１４．１５のゲインが変更される
構成を有している。

その結果、電力変換部２７の温度上昇に連れて、電力変
換部２７内の電力半導体の発熱量か減じられ、電力供給
部２７の温度上昇も抑制される。

一方、上述した抑制は、電力変換部２７の温度が上昇し
続ける場合には、順次その度合いが増加するが、この機
構による抑制が限界に達し、電力変換部２７の温度上昇
が制止不可能となったときには、初めて保護回路２６か
らＢＬＫ信号が出力され、電力変換部２７から、モータ
２０への電力供給か停止する。

この様にして、モータ２０の過負荷特性を失わせること
無く、電動機制御装置の安全性を保つことができる。

なお、以上の動作に伴い、常に熱モデル回路２４内の電
力供給部２７の温度上昇曲線を近似する１次遅れ処理の
時定数も、キャリア周波数設定値に応して順次τ１から
τ２に変更される。

以下、このような構成における、本発明の動作例を具体
的に、第２図（Ａ）〜（Ｄ）のタイミングチャートを参
照して説明する。

モータ２０が時点ｔ１において、重負荷等により過負荷
状態になると、第２図（Ａ）に示されるように、モータ
２０に供給される電流が増大し、熱モデル回路２４から
の信号Ｑａの強度は、同図（Ｂ）に示されるように、指
数関数的に上昇する。

この熱モデル回路２４からの信号Ｑａを受けて、キャリ
ア周波数設定回路２８は、まず、この強度がレベル１１
に到達したか否かを判定し、到達した場合（時点ｔ２）
には、同図（Ｃ）に示されるように三角波発生回路２５
の出力周波数をｆｌからｆ２に低下させるべく、キャリ
ア周波数設定回路２８の設定周波数をｆｌからｆ２に下
げる。

これと同時にゲイン設定回路２９も、同図（Ｄ）に示さ
れるようにＵ、　Ｖ相電流アンプ１４．１５のゲインを
、Ｇ１から０２に落とす。

ところで、電力変換部２７の発熱量は、スイッチング損
失による発熱量とオン損失による発熱量に分けることが
できる。ここで、パルス幅変調キャリア周波数が低下す
ると、第３図に示されるように１、スイッチング損失が
これに比例して低下し、全体の損失による発熱量も、対
応して低下する。この図の例では、あるキャリア周波数
ｆ　でスイッチングしたときの電力変換部２７の全損失
の内訳か、スイッチング損失：オン損失−２；１となっ
ている場合に、キャリア周波数をｆ　の１／２に下げる
と、全損失が２／３に低下することが示されている。

さて、パルス幅変調キャリア周波数か前記のようにｆｌ
からｆ２に低下すると、電力変換部２７の温度上昇率が
下がり、これに追従している熱モデル回路２４からの信
号Ｑａの強度か、抑えられることになる。この時、パル
ス幅変調キャリア周波数の変更に応じて、熱モデル回路
２４内の１次遅れ処理の時定数は、更新されているので
、第２（Ｂ）に示されるように、時点ｔ２以降、上昇率
がそれ以前よりも低下していくことになる。

このままモータ２０の過負荷状態か続行していくと、熱
モデル回路２４からの信号Ｑａの強度は、更に増大して
いくが、キャリア周波数設定回路２８内に設定された監
視レベルＪ１２に達した時（時点ｔ３）に、前記に説明
したレベル１１に到達した時と同様に、パルス幅変調キ
ャリア周波数の変更（ｆ２→ｆ３）と、Ｕ、　　Ｖ相電
流アンプ１４゜１５のゲインの変更（Ｇ２−Ｇ３）とか
同時に作動し、再び電力変換部２７の温度上昇が抑制さ
れる。

更にこのまま過負荷状態か続行する場合には、キャリア
周波数設定回路２８内に設定された各監視レベルに到達
する度に、同様にして、電力供給部２７の温度上昇率が
抑えられていくことになる。

なお、第２図の例では、時点ｔ５においては、モータ過
負荷状態か終了した場合も表しており、同図（Ａ）に示
されるようにモータ電流か減少し、それに伴い熱モデル
回路２４の出力も同図（Ｂ）に示されるように下降して
いる。この下降状態のとき、前記上昇状態のときとは可
逆的に、レベル、、ｅ３．、Ｃ２，、Ｃ１を横切るに従
い、パルス幅変調キャリア周波数、１次遅れ処理の時定
数、Ｕ、　Ｖ相電流アンプ１４．１５のゲインは、初期
設定値に順次戻されていく。

［発明の効果］ 以上説明したように、本発明による電動機制御装置では
、電力変換部２７の温度上昇値を近似演算する熱モデル
回路２４の出力に応じてパルス幅変調キャリア周波数が
変更されるので、モータの負荷が増大し、電力変換部２
７が過負荷状態となったときは、パルス幅変調キャリア
周波数を下げることにより、温度上昇率を抑えることが
できるので、モータ２０の過負荷特性を十分に生かすこ
とかできる。

また、パルス幅変調キャリア周波数を変えると、電流マ
イナーループのループケインが変動し、このためモータ
に供給する電流の制御性も変動するかキャリア周波数の
設定値の変更に合せてＵＶ柑主電流アンプゲイン設定値
も変更しているので安定した電流制御を維持できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明にかかる電動機制御装置を示す図、 第２図は、本発明にかかる電動機制御装置の動作例を具
体的に示したタイミングチャート図、第３図は、本発明
にかかる電動機制御装置の電力変換部２７の発熱とその
発熱要因、およびパルス幅変調キャリア周波数が変化し
たときのそれらの変化を表す図、 第４図は、従来技術における電動機制御装置を示す図、 第５図は、従来技術における電動機制御装置の動作例を
具体的に示したタイミングチャート図である。 ６　・・・　速度制御・電流指令発生回路７　・・・　
電流制御・インバータ回路８　・・・　加熱防止回路 １４．１５　　・・・　Ｕ、　Ｖ相電流アンプ２０　・
・・　モータ ２４　・・・　熱モデル回路 ２５　・・・　三角波発生回路 ２６　・・・　保護回路 ２７　・・・　電力交換部 ２８　・・・　キャリア周波数設定回路２９　・・・　
ゲイン設定回路 ３０　・・・　エンコーダ ３２．３３　　・・・　電流検出器

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）電流マイナーループを持ちパルス幅変調方式によ
   り、電力半導体を制御して電動機を駆動する電動機制御
   装置において、 前記電力半導体から前記電動機へ出力される電流を検出
   する電流検出器と、 前記電力半導体に流れる電流と前記電力半導体の温度上
   昇との関係のモデル情報を有し、前記電流検出器の出力
   から前記電力半導体の温度上昇を判断する熱モデル回路
   と、 前記電力半導体のパルス幅変調キャリア周波数を前記熱
   モデル回路からの情報に応じて設定するキャリア周波数
   設定回路と、 を有することを特徴とした電動機制御装置。
2. （２）前記キャリア周波数設定回路が設定するキャリア
   周波数に応じて、電流マイナーループのループゲインを
   変更するゲイン設定回路を有することを特徴とする特許
   請求の範囲１項に記載の電動機制御装置。