JPH04217890A - 直流電動機の速度制御装置 - 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】

【０００１】

【産業上の利用分野】この発明は、直流分巻電動機の電
機子電圧と界磁電流とを同時に制御して所望速度で運転
する直流電動機の速度制御装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】直流分巻電動機を速度制御しようとする
場合に、従来はこの直流電動機の電機子電圧、あるいは
界磁電流のうちのいずれか一方を制御することで、所望
の速度に制御していた。すなわち、基低速度以下の場合
には界磁電流は一定にしておいて電機子電圧を変化させ
ることにより所望速度を得ていた。また基低速度以上の
速度で運転する場合は電機子電圧を一定にしておき、界
磁電流を変化させることで所望速度を得ていた。しかし
ながら、このように電機子電圧または界磁電流のいずれ
か一方のみを制御する方法では、所望速度で運転してい
る直流電動機が最適な効率で運転をしているというわけ
にはいかないので、不経済な運転になる欠点がある。そ
こで、たとえばマイクロプロセッサを用いて、直流電動
機を所望の速度で運転しようとする場合に、その速度に
おける運転効率が最高になるように電機子電圧と界磁電
流とを選定する運転方法が採用されるようになった。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、マイク
ロプロセッサを用いて電機子電圧と界磁電流の両者を同
時に制御して、所望速度における運転効率を最高にしよ
うとすると、複雑な演算ならびに制御が必要であって、
装置が高価になる欠点を有する。そこでこの発明は、直
流分巻電動機を所望速度で運転する場合に、その運転効
率が最高となるように電機子電圧と界磁電流の両者を同
時に、かつ容易に制御することのできる直流電動機の速
度制御装置の提供を目的とするものである。

【０００４】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
に、この発明の直流電動機の速度制御装置は、直流電動
機の電機子回路に設けた第１電力変換手段と、該直流電
動機の界磁回路に設けた第２電力変換手段とを制御して
、前記直流電動機を所望速度で運転する直流電動機の速
度制御装置において、前記直流電動機の速度目標値を設
定する速度設定手段と、該速度目標値を入力としこれと
は所定の関数関係の界磁電流指令値を出力する界磁電流
設定手段と、前記直流電動機の界磁巻線に流れる界磁電
流実際値を検出して、該界磁電流実際値を前記界磁電流
指令値に一致させる制御信号を前記第２電力変換手段に
与える界磁電流調節手段と、前記速度目標値を入力とし
これと所定の関数関係にある電機子電圧指令値を出力す
る電機子電圧設定手段と、前記直流電動機の電機子電圧
の実際値を検出し該実際値を前記電機子電圧指令値に一
致させる制御信号を出力する電機子電圧調節手段と、該
電機子電圧調節手段の出力と検出された前記直流電動機
の電機子電流の実際値との偏差に応じた制御信号を前記
第１電力変換手段に与える電機子電流調節手段とを備え
て成るものとし、かつ前記速度目標値を入力とし、該速
度目標値をその時間的変化率に関して該速度目標値に対
応変化する前記界磁電流の追従可能な値まで低減させた
信号に変換し前記電機子電圧設定手段に対する新たな速
度目標値として出力する電機子電圧補正手段或いは前記
速度目標値を入力としその出力を前記電機子電圧設定手
段の出力より減じた値の時間的変化率が該速度目標値に
対応変化する前記界磁電流の追従可能な値となるように
演算された電機子電圧指令補正信号を出力する電機子電
圧補正手段を設けて前記電機子電圧指令値を前記速度目
標値の時間的変化率に応じてその時間的変化率に関して
緩和補正するものとし、更に斯様な電機子電圧指令値の
補正と共に前記速度設定値を入力としその出力を前記界
磁電流設定手段の出力に加えた値が前記電機子電圧指令
値に対応変化する前記電機子電流の急速変動を抑制し得
る如く時間的に変化する前記界磁電流の指令値となるよ
うに演算された界磁電流指令補正信号を出力する界磁電
流補正手段或いは前記速度目標値を入力とし、該速度目
標値を、前記電機子電圧指令値に対応変化する前記電機
子電流の急速変動を抑制し得る如く時間的に変化する前
記界磁電流の指令値が得られる値まで増大された時間的
変化率を有する信号に変換し、該変換信号を前記界磁電
流設定手段に対する新たな速度目標値として出力する界
磁電流補正手段を設けて前記界磁電流指令値を前記速度
目標値の時間的変化率に応じてその時間的変化率に関し
て急峻化補正を行うものとし、更にまた前記直流電動機
の電源電圧が所要の電機子電圧以下に低下した場合の対
策として、前記速度目標値と入力とし該速度目標値に対
応した電機子電圧と前記電源電圧との差分を検出し、該
差分に対応し前記の如き電源電圧低下時においても前記
直流電動機がその速度目標値を保ち得るように演算され
た前記界磁電流指令値に対する低減用補正値を出力する
界磁電流補正手段を設けるものとする。

【０００５】

【作用】この発明は、直流分巻電動機の速度制御に関し
速度目標値を共通変数として電機子電圧設定値と界磁電
流設定値とをそれぞれ所定の関数関係に従って同時に決
定し、該両設定値に従う２組の電力変換回路を介して前
記直流電動機の電機子と界磁それぞれに対する供給電圧
を制御して該直流電動機の最適効率での運転を図るもの
であり、前記の関数関係はダイオード等から成る折線関
数発生回路等の関数発生回路を介して得るものであり、
所要の関数関係を有し前記速度目標値を共通入力とする
前記の如き２組の関数発生回路を設け、該両関数発生回
路の一方を電機子電圧設定器となし他方を界磁電流設定
器となすものである。

【０００６】また一般に直流分巻電動機においては、界
磁時定数は電機子時定数に比し大であり、更に電機子電
流の変動分は電機子印加電圧の変動分に比例して増大し
界磁電流と速度それぞれの変動分の和に比例して減少す
る。従って前記速度目標値がその新たな定常値に至るま
での変動過渡期においては該速度目標値に従う前記電機
子印加電圧の変動による前記電機子電流の変動に対して
前記の界磁電流と速度とにおける追従遅れが生じ、従っ
て前記速度目標値の変動が急激な場合には前記電機子電
流も急激に変動しその上限或いは下限制限値に達し前記
直流電動機の運転継続が不能となる危険がある。

【０００７】上記に関連し前記直流電動機の安定運転を
図るために、この発明においては、前記界磁電流の追従
性を基準として前記速度目標値の時間的変化率に応じて
、電機子電圧指令信号の時間的変化率の低減を図る電機
子電圧補正回路と界磁電流指令信号の時間的変化率の増
大を図る界磁電流補正回路とを設けており、且つ前記電
機子電圧補正回路として前記電機子電圧設定器の入力用
速度目標信号の時間的変化率を低減させるものと、前記
速度目標信号を入力とし所要の時間的変化率を有するそ
の出力を前記電機子電圧設定器の出力低減用信号となす
ものとの２種類を設けるものとし、更に前記界磁電流補
正回路として前記界磁電流設定器の入力用速度目標信号
の時間的変化率を増大させるものと、前記速度目標信号
を入力とし所要の時間的変化率を有するその出力を前記
界磁電流設定器の出力増大用信号となすものとの２種類
を設け、それぞれ適宜組合せるものとしている。

【０００８】更にまた、直流電源電圧が所要の電機子電
圧以下に低下し、その電機子電圧に比例し磁束量，従っ
て界磁電流に逆比例する直流電動機の回転速度の維持が
困難となることを避けるために、この発明においては、
前記直流電源電圧と所定電機子電圧との電圧差に対応し
て前記界磁電流設定器の出力低減用信号を出力する界磁
電流補正回路を設けている。

【０００９】

【実施例】以下この発明の実施例を図面により説明する
。図１，図２，図４，図７，図８の各図はそれぞれ本発
明の第１，第２，第３，第４，第５の各実施例を示す直
流分巻電動機速度制御系の回路図であり、図３と図５と
はそれぞれ図２と図４とに対応する回路各部信号のタイ
ムチャートであり、図６は前記各回路図を対象に所定の
補正制御を行わぬ場合のタイムチャートである。なお前
記各回路図において同一機能の構成要素に対しては同一
の表示符号を附している。なおまた図１に示す実施例は
この発明に関連する諸補正回路を総合して組合せたもの
であり、該補正回路を個別に組合せた他図に示す各回路
を代表して以下の説明は第１図に関して行う。

【００１０】図１において、電機子２と界磁巻線３とか
ら成る直流分巻電動機は第１及び第２電力変換手段とし
ての４のチョッパＣＨ１と５のチョッパＣＨ２とを介し
て直流電源１より給電され駆動される。前記チョッパＣ
Ｈ１は、３２の電機子電流検出器ＤＣＣＴ１と１４の電
機子電流調節器ＡＣＲ１とから成る電機子電流制御系を
そのマイナーループとして有し３１の電機子電圧検出器
ＶＤと１３の電機子電圧調節器ＡＶＲとから成る電機子
電圧制御系により、該調節器ＡＶＲに入力される電機子
電圧設定値と前記検出器ＶＤにより検出された電機子電
圧実際値とが等しくなるように、前記調節器ＡＣＲ１の
出力信号を介して制御される。同様に前記チョッパＣＨ
２は、３３の界磁電流検出器ＤＣＣＴ２と２４の界磁電
流調節器ＡＣＲ２とから成る界磁電流制御系により、該
調節器ＡＣＲ２に入力される界磁電流設定値と前記検出
器ＤＣＣＴ２による界磁電流実際値とが等しくなるよう
に、前記調節器ＡＣＲ２の出力を介して制御される。

【００１１】次に、前記両調節器ＡＶＲとＡＣＲ２とに
それぞれ与えられる電機子電圧設定値（以後Ｖａｓとす
）と界磁電流設定値（以後Ｉｆｓとす）とは何れも速度
指令設定器１１による速度目標値（以後Ｎｓ　とす）を
共通の基本入力とし、それぞれ電機子電圧設定器１２と
界磁電流設定器２２とを介して作成される。ここに該両
設定器はダイオード等から成る折線関数発生回路等の関
数発生回路であり、それぞれその入出力関係が所定の関
数関係をなし且つ特別な時間遅れの無いように構成され
ている。しかしながら、前記電機子２の時定数に比し界
磁巻線３の時定数は大幅に大であり、従って前記目標値
Ｎｓ　の変動に対し前記電機子電流（以後Ｉａ　とす）
は良く追従するが前記界磁電流Ｉｆ　の時間遅れは大と
なり、また前記直流電動機の回転速度（以後Ｎとす）も
回転系の慣性により制約されて急変できず、前記電流Ｉ
ａ　の変動を抑制する前記電流Ｉｆ　と前記速度Ｎの変
動分が小となるため、もし前記目標値Ｎｓ　の時間的変
動が急激であれば前記電流Ｉａ　も急変しその上限或い
は下限設定値に至って前記直流電動機の運転継続が不能
となることがある。 因に上記の変動模様例を図６のタイムチャートに示す。 図６は、前記目標値Ｎｓ　の変動に対し前記電流Ｉｆ　
がその定常値に達するまでに前記電流Ｉａ　がその上限
または下限の制限値に至る状態を示すものである。なお
図示Ｖａ　は電機子電圧を示す。

【００１２】上記の対策としては、前記目標値Ｎｓ　の
時間的変化率に対応し、各信号の時間的変化率に関して
、前記設定値Ｖａｓに対しては低減補正し、前記設定値
Ｉｆｓに対しては増大補正を行い、該両補正をそれぞれ
前記両設定器１２と２２の入力信号或いは出力信号に対
して行うものである。図１において、電機子電圧補正回
路１５は前記目標値Ｎｓ　を入力とし該Ｎｓ　の時間的
変化率を低減させた信号を前記電機子電圧設定器１２に
対する新たな入力信号として演算出力するものである。 この場合の変動模様例は図３のタイムチャートに示す如
くなり、図示設定値Ｖａｓの点線部を実線部の如く緩や
かに変動させることにより図示電流Ｉａ　の急変は避け
られている。また２５の界磁電流補正回路１は前記目標
値Ｎｓ　を入力としその出力を前記界磁電流設定器２２
の出力に加算して得られた界磁電流設定値Ｉｆｓの時間
的変化率が所要値となるように演算された信号を出力す
るものであり、図５のタイムチャートに示す如く図示設
定値Ｉｆｓの点線部を実線部の如く急峻なものとなすこ
とにより図示電流Ｉａ　の急変は避けられる。なお図示
はしていないが、電機子電圧補正回路として、前記目標
値Ｎｓ　を入力としその出力を前記電機子電圧設定器１
２の出力より減じて得た電機子電圧設定値Ｖａｓの時間
的変化率が所要値となるように演算された信号を出力す
る回路も、前記設定値Ｖａｓの作成に関し図示の電機子
電圧補正回路１５と同等の機能を有するものとなる。同
様に界磁電流補正回路として、前記目標値Ｎｓ　を入力
とし該Ｎｓ　の時間的変化率を増大させた信号を前記界
磁電流設定器２２に対する新たな入力信号として演算出
力する回路も、前記設定値Ｉｆｓの作成に関して図示２
５の界磁電流補正回路１と同等の機能を有するものとな
る。

【００１３】また図１に示す２６の界磁電流補正回路２
は、前記目標値Ｎｓ　と直流電源１の電源電圧とを入力
とし、該電源電圧と前記目標値Ｎｓ　に対応する所要電
機子電圧との差電圧に対応して前記界磁電流設定値Ｉｆ
ｓに対する低減補正信号を出力するものであり、前記電
源電圧が所要電機子電圧以下に低下した場合に前記直流
電動機の界磁弱めを行ってその回転速度の維持を図るも
のである。なお図７と図８において前記電機子電圧設定
値Ｖａｓは、前記速度目標値Ｎｓ　と４１の回転速度検
出器ＴＧにて検出された前記直流電動機速度の実際値と
の速度差を入力とする１６の速度調節器ＡＳＲの出力信
号として与えられており、前記の電機子電圧設定器１２
は前記ＡＳＲ等による設定値Ｖａｓ作成機能を等価的に
代替したものである。

【００１４】

【発明の効果】この発明によれば、直流分巻電動機の速
度制御装置に関して、該電動機の電機子電圧設定値と界
磁電流設定値とを速度目標値を共通入力信号とする２組
の関数発生器を介して同時に作成し、且つ前記速度目標
値の時間的変化率に応じて前記電機子電圧設定値の時間
的変化率の低減補正と前記界磁電流設定値の時間的変化
率の増大補正とを行い、更に直流電源電圧低下に対応し
て前記界磁電流設定値の低減補正を行うように回路構成
を行うことにより、前記直流電動機の指定速度における
最適効率運転と速度目標変更時における安定した良好な
追従性とを得ることができ、更に前記の如き関数発生器
を前記両設定値の作成回路として用いることによる制御
回路構成の簡易化と低廉化とを図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１の実施例を示す回路図

【図２】本
発明の第２の実施例を示す回路図

【図３】図２に対応す
るタイムチャート

【図４】本発明の第３の実施例を示す
回路図

【図５】図４に対応するタイムチャート

【図６】
各設定値無補正時のタイムチャート

【図７】本発明の第
４の実施例を示す回路図

【図８】本発明の第５の実施例
を示す回路図

【符号の説明】

１　　　　直流電源 ２　　　　電機子 ３　　　　界磁巻線 ４　　　　チョッパ（ＣＨ１） ５　　　　チョッパ（ＣＨ２） １１　　　　速度指令設定器 １２　　　　電機子電圧設定器 １３　　　　電機子電圧調節器（ＡＶＲ）１４　　　　
電機子電流調節器（ＡＣＲ１）１５　　　　電機子電圧
補正回路 １６　　　　速度調節器（ＡＳＲ） ２２　　　　界磁電流設定器 ２４　　　　界磁電流調節器（ＡＣＲ２）２５　　　　
界磁電流補正回路１ ２６　　　　界磁電流補正回路２ ３１　　　　電機子電圧検出器（ＶＤ）３２　　　　電
機子電流検出器（ＤＣＣＴ１）３３　　　　界磁電流検
出器（ＤＣＣＴ２）４１　　　　回転速度検出器（ＴＧ
）

Claims (10)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】直流電動機の電機子回路に設けた第１電力
   変換手段と、該直流電動機の界磁回路に設けた第２電力
   変換手段とを制御して、前記直流電動機を所望速度で運
   転する直流電動機の速度制御装置において、前記直流電
   動機の速度目標値を設定する速度設定手段と、該速度目
   標値を入力としこれとは所定の関数関係の界磁電流指令
   値を出力する界磁電流設定手段と、前記直流電動機の界
   磁巻線に流れる界磁電流実際値を検出して、該界磁電流
   実際値を前記界磁電流指令値に一致させる制御信号を前
   記第２電力変換手段に与える界磁電流調節手段と、前記
   直流電動機の速度実際値を検出して、該速度実際値を前
   記速度目標値に一致させる制御信号を前記第１電力変換
   手段に与える速度調節手段とを備えて成ることを特徴と
   する直流電動機の速度制御装置。
2. 【請求項２】請求項１記載の直流電動機の速度制御装置
   において、前記直流電動機の速度目標値を入力とし、該
   直流電動機の電源電圧が所要の電機子電圧以下に低下し
   た場合、前記速度目標値に対応した電機子電圧と前記電
   源電圧との差分を検出し、該差分に対応し前記の如き電
   源電圧低下時においても前記直流電動機がその速度目標
   値を保ち得るように演算された前記界磁電流指令値に対
   する低減用補正値を出力する界磁電流補正手段を備えて
   成ることを特徴とする直流電動機の速度制御装置。
3. 【請求項３】直流電動機の電機子回路に設けた第１電力
   変換手段と、該直流電動機の界磁回路に設けた第２電力
   変換手段とを制御して、前記直流電動機を所望速度で運
   転する直流電動機の速度制御装置において、前記直流電
   動機の速度目標値を設定する速度設定手段と、該速度目
   標値を入力としこれとは所定の関数関係の界磁電流指令
   値を出力する界磁電流設定手段と、前記直流電動機の界
   磁巻線に流れる界磁電流実際値を検出して、該界磁電流
   実際値を前記界磁電流指令値に一致させる制御信号を前
   記第２電力変換手段に与える界磁電流調節手段と、前記
   速度目標値を入力としこれと所定の関数関係にある電機
   子電圧指令値を出力する電機子電圧設定手段と、前記直
   流電動機の電機子電圧の実際値を検出し該実際値を前記
   電機子電圧指令値に一致させる制御信号を出力する電機
   子電圧調節手段と、該電機子電圧調節手段の出力と検出
   された前記直流電動機の電機子電流の実際値との偏差に
   応じた制御信号を前記第１電力変換手段に与える電機子
   電流調節手段とを備えて成ることを特徴とする直流電動
   機の速度制御装置。
4. 【請求項４】請求項３記載の直流電動機の速度制御装置
   において、前記速度目標値を入力とし、該速度目標値を
   その時間的変化率に関して該速度目標値に対応変化する
   前記界磁電流の追従可能な値まで低減させた信号に変換
   し前記電機子電圧設定手段に対する新たな速度目標値と
   して出力する電機子電圧補正手段を備えて成ることを特
   徴とする直流電動機の速度制御装置。
5. 【請求項５】請求項３記載の直流電動機の速度制御装置
   において、前記速度目標値を入力としその出力を前記電
   機子電圧設定手段の出力より減じた値の時間的変化率が
   該速度目標値に対応変化する前記界磁電流の追従可能な
   値となるように演算された電機子電圧指令補正信号を出
   力する電機子電圧補正手段を備えて成ることを特徴とす
   る直流電動機の速度制御装置。
6. 【請求項６】請求項３記載の直流電動機の速度制御装置
   において、前記速度目標値を入力としその出力を前記界
   磁電流設定手段の出力に加えた値が前記電機子電圧指令
   値に対応変化する前記電機子電流の急速変動を抑制し得
   る如く時間的に変化する前記界磁電流の指令値となるよ
   うに演算された界磁電流指令補正信号を出力する界磁電
   流補正手段を備えて成ることを特徴とする直流電動機の
   速度制御装置。
7. 【請求項７】請求項３記載の直流電動機の速度制御装置
   において、前記速度目標値を入力とし、該速度目標値を
   、前記電機子電圧指令値に対応変化する前記電機子電流
   の急速変動を抑制し得る如く時間的に変化する前記界磁
   電流の指令値が得られる値まで増大された時間的変化率
   を有する信号に変換し、該変換信号を前記界磁電流設定
   手段に対する新たな速度目標値として出力する界磁電流
   補正手段を備えて成ることを特徴とする直流電動機の速
   度制御装置。
8. 【請求項８】請求項４または５記載の直流電動機の速度
   制御装置において、前記速度目標値を入力としその出力
   を前記界磁電流設定手段の出力に加えた値が前記電機子
   電圧指令値に対応変化する前記電機子電流の急速変動を
   抑制し得る如く時間的に変化する前記界磁電流の指令値
   となるように演算された界磁電流指令補正信号を出力す
   る界磁電流補正手段を備えて成ることを特徴とする直流
   電動機の速度制御装置。
9. 【請求項９】請求項４または５記載の直流電動機の速度
   制御装置において、前記速度目標値を入力とし、該速度
   目標値を、前記電機子電圧指令値に対応変化する前記電
   機子電流の急速変動を抑制し得る如く時間的に変化する
   前記界磁電流の指令値が得られる値まで増大された時間
   的変化率を有する信号に変換し、該変換信号を前記界磁
   電流設定手段に対する新たな速度目標値として出力する
   界磁電流補正手段を備えて成ることを特徴とする直流電
   動機の速度制御装置。
10. 【請求項１０】請求項８または９記載の直流電動機の速
    度制御装置において、前記の直流電動機の速度目標値を
    入力とし、該直流電動機の電源電圧が所要の電機子電圧
    以下に低下した場合、前記速度目標値に対応した電機子
    電圧と前記電源電圧との差分を検出し、該差分に対応し
    前記の如き電源電圧低下時においても前記直流電動機が
    その速度目標値を保ち得るように演算された前記界磁電
    流指令値に対する低減用補正値を出力する界磁電流補正
    手段を備えて成ることを特徴とする直流電動機の速度制
    御装置。