JPH0438192A

JPH0438192A - 電動機の制御装置

Info

Publication number: JPH0438192A
Application number: JP2142835A
Authority: JP
Inventors: Masayuki Nashiki; 政行梨木; Motosumi Yura; 元澄由良
Original assignee: Okuma Machinery Works Ltd
Current assignee: Okuma Corp
Priority date: 1990-05-31
Filing date: 1990-05-31
Publication date: 1992-02-07

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、旋盤やマシニングセンタの様な工作機械の主
軸や送り軸等の加減速動作か頻繁に行なわれるような電
動機（モータ）の制御装置に関する。

（従来の技術）従来の電動機の制御装置の一例を第６図に示して説明す
ると、コンバータ１は交流電源２を整流して直流に変換
しており、この直流電圧は平滑用コンデンサ３の平滑作
用により平滑化される。そして、平滑化された直流電圧
は電動機５を駆動するインバータ４へ供給されている。

インバータ４の作用は直流を例えば交流に変換するもの
であり、電動機５に対して電力を供給すると共に、電動
機５の減速時には運動エネルギーを直流電力として回生
ずる作用を有するいわゆる可逆動作が可能な電力変換器
である。

次に、インバータ４に対する制御回路６の動作を説明す
る。この制御回路６には電ｌｌ１機５の速度指令７が入
力されており、制御回路６は、速度指令７に基づいてイ
ンバータ４を制御することによって、電動機５を任意の
速度に制御する。速度指令７として減速指令又は停止指
令が入力された場合は、上述のようなインバータ４の作
用により電動機５及びその負荷の持つ運動エネルギーが
直流電力として回生される。しかしながら、コンバータ
１は不可逆変換のみ、つまり交流−直流変換を行なうの
みであるため、上記運動エネルギーの回生電力によって
平滑コンデンサ３か充電され、直流電圧か上昇すること
になる。この様にして直流電圧が上昇することは、イン
バータ４を構成する半導体素子の耐電圧特性を高くしな
けれはならないために好ましくない。そこで、このよう
な場合には、回生電力を抵抗器８で熱として消費するよ
うに制御回路６はトランジスタ９を導通させ、許容値以
上に直流電圧が上昇しないように制御している。

以上のように、従来装置では減速時には直流電圧が上昇
することはやむを得ないものとして動作している。また
、速度指令７として電動機５の加速指令が与えられた場
合について考えてみると、加速時に必要な電力がコンバ
ータ１を介して交流電源２より供給される。このとき、
交流電源２の持つ電源インピーダンスの影響により、平
滑用コンデンサ３の直流電圧は無負荷時よりもむしろ低
くなってしまう。

この現象を第７図に従って説明する。同図（Ａ）は電動
機５の速度を示しており、同図ＣＢ）は電動機５に対し
てインバータ４が供給している電力を示している。この
電力は、上述の様に電動機５が加速する際（図中の時間
ｔ１〜ｔ２）には交流電源２より供給されており、その
結果、同図（Ｃ）に示すように交流電源電圧は電源イン
ピーダンスの影響により低下してしまう。その結果とし
て同図（Ｄ）に示すように、インバータ４に供給される
直流電圧も低下する。さらに、図中の時間ｔ、〜ｔ４は
電動機５の減速期間を示しており１この減速期間には、
上述のように電動機５の運動エネルギーが回生電力とし
て平滑コンデンサ３を充電することにより、同図（Ｄ）
に示すように直流電圧が上昇する。

（発明が解決しようとする課題）第６図に示す様な従来の電！Ｉｌ１機の制御装置におい
て１、第７図を参照してその動作を説明した様に、イン
バータ４に入力される直流電圧は加速時には下がり、減
速時には上昇する。そのため、インバータ４の出力電圧
、言い換えれば電動機５の端子電圧は直流電圧が下がっ
た場合を考慮して低く設計されることが通例であった。

第８図にその一例を示すが、交流電源２の電圧ＶＡＣが
２００Ｖ　［ｒｍｓｌの場合、直流電圧は通常は２８２
ｖあるにも拘らずモータ端子電圧ｖＭは１５０Ｖ［ｒｍ
ｓｌ　、すなわち波高値では２１０Ｖ程度に低く設計さ
れている。そのため、電動機５が所望の出力を発生する
ためには、電動機の端子電圧が高く設計された電動機に
比較して大きな電流を必要とし、インバータ４を構成す
る半導体素子として大きな電流容量をもった素子が必要
であり、不経済である。また、電動機５の減速時に直流
電圧が上昇することを考慮すると、耐圧としては５００
Ｖ以上の半導体素子が必要となり、素子能力の利用率と
いう観点て考えると、通常は２８２Ｖ程度であることは
極めて低い利用率であるということになる。

以上要するに、従来の電動機を駆動するインバータの直
流入力電圧は、電動機の加速時、減速時において以下の
理由に大きく変動する。すなわち、加速時は電源インピ
ーダンスの影響により電源電圧が低下し、減速時は電！
Ｉｌ１機からの回生エネルギーが直流平滑用コンデンサ
に充電される。このため、加速時に電圧が下がることを
考慮して電動機の端子電圧を低く設計し、また減速時に
電圧が上がることを考慮してインバータの素子耐圧を高
く設計している。

本発明は上述のような事情より成されたものであり、本
発明の目的は、インバータ素子の耐圧に合せて電動機端
子を高く設計することを可能とし、インバータの小型化
、ローコスト化を図った電動機の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）本発明は電動機の制御装置に関するもので、本発明の上
記目的は、電動機を駆動すインバータと、交流電源を整
流して第１の直流電圧を出力するコンバータと、前記第
１の直流電圧を入力して変換することにより第２の直流
電圧を得、この第２の直流電圧をインバータへ供給する
電力変換器と、前記インバータを構成する回路部品の耐
圧に応じて前記第２の直流電圧を、前記電力変換器によ
フて制御する制御手段とを設けることによって達成され
る。

（作用）本発明では、コンバータによって交流電源を整流した直
流電圧から電力変換器によって昇圧した直流電圧をイン
バータに供給しており、しかもインバータに供給する直
流電圧を一定に保つように制御することがてきるため、
電動機の加減速時にも直流電圧の変化を防ぐことができ
る。さらに、電力変換器から出力される直流電圧を、イ
ンバータを構成する半導体素子の耐圧に応して許容され
る最大電圧近くまで高くすることがてきる。つまり、交
流電源を整流した直流電圧から昇圧して５００Ｖ程度の
一定の直流電圧を得て、この直流電圧をインバータに供
給している。なお、上記５００ｖという電圧はインバー
タの素子耐圧に応じて設定される値である。その結果、
インバータの出力電圧としては十分に高い出力電圧を確
保することかできるため、電動機の端子電圧を高く設計
することができ、所望の出力を得るために必要な電動機
の電流を必要最低限に留めることがてきる。よって、イ
ンバータを構成する電力半導体素子としては、電流容量
の小さな安価なものを使用することができる。

（実施例）第１図に本発明の一実施例を第６図に対応させて示す。

図中の１０で示す部分は直流電圧を電圧変換するための
ＤＣ−ＤＣコンバータであり、第１の平滑用コンデンサ
３への両端の直流電圧ＶＤＣＩを昇圧変換して第２の直
流電圧ＶＤＣ２を得るための電力変換器である。なお、
第２の直流電圧ＶＤＣ２は第２の平滑用コンデンサ３Ｂ
に蓄えられる。

制御回路６は、速度指令７に応じて電動機５を制御する
ようにインバータ４を制御することに加えて、第２の平
滑用コンデンサ３Ｂの両端の電圧ＶＤＣ２を入力し、こ
の電圧ＶＤＣ２を一定とするように電力変換器ｌＯの制
御を行なりでいる。また、電力変換器１０の圧力、つま
りインバータ４への入力端子は、インバータ４を構成す
る半導体素子の耐圧に応じて許容される最大電圧まで高
く制御される。この例における実際の電圧の関係は、例
えば第４図に示す様に設定される。すなわち、第１の直
流電圧ＶＤＣＩは通常は約２８２ｖであるが、前述した
電源インピーダンスによる電圧変動の影響もあって２２
０Ｖ程度から３００Ｖ程度まで変動する。しかし、第２
の直流電圧Ｖ。、２は電力変換器ｌＯの働きにより一定
に制御されており、インバータ４を構成する半導体素子
の耐圧を６００ｖとすると、例えば５００Ｖ程度に設定
される。この結果、電動機５の端子電圧ＶＭは３００Ｖ
［ｒｍｓ］程度に設計することか可能である。

また、第２図に、電動機５の運転状況か回生動作を行な
わない、つまり減速動作を含まない場合の実施例を示す
。この場合、電力変換器＋ＯＡはインバータ４へ電力の
供給のみを行なう回路で構成されており、第１図の実施
例よりも簡単な回路で構成されている。

上述した第１図、菓２図の実施例はいずれも電源電圧２
００Ｖ［ｒｍｓ］　に適用される例であるが、第３図に
、電源電圧か例えば４００Ｖ［ｒ＋ｎｓ］　であるよう
な高い電源電圧に適用される例を示す。この例では、電
力変換器１０Ｂは第１の直流電圧■。Ｃ２を昇圧ではな
く下げるのみの動作であるため、第１図の電力変換器ｌ
Ｏに比へより簡単な回路構成で実現されている。

次に、各実施例のインバータ４に対する制御回路６の例
を第５図に示し、その動作を説明する。

図中１１は３相の電動機５に対する電流指令値であり、
電動機５に実際に流れている各相電流を電流検圧器１６
で検出し、この検出値を電流指令値１１から減算器１２
てそれぞれ減算し、電流誤差Ｉｅを求める。インバータ
４はこの電流誤差Ｉｅに基づいて制御されるわけである
か、先ず電流誤差増幅器１３で電流誤差Ｉｅを増幅し、
この増幅結果を三角波発振器１５からの三角波ＴＷとコ
ンパレータ１４でそれぞれ比較することによって、イン
バータ４のスイッチングパターンを示すディジタル信号
ＤＳを得ている。このように制御回路６は各相の電流指
令１１を入力とし、電動機５に実際に流れる電流を出力
とする増幅回路として動作しているが、その中にはイン
バータ４を含んでおり、このインバータ４の増幅率はイ
ンバータ４に入力される直流電圧ＶＤＣ２によって異な
るため、電流制御性能が変化することになる。そこで、
本発明では電圧検出器１７て直流電圧■８，２を検出し
、直流電圧ＶＤＣ２に逆比例して電流誤差増幅器１３の
増幅率を変化させることにより、回路全体における内部
の増幅率を一定にしている。これにより、もし直流電圧
ＶＤＣ２が変化した場合でも電流制御性能を一定に保つ
ことができるのである。

（発明の効果）本発明の電動機の制御装置によれば、電動機の加減速に
伴なってインバータの入力端子が変動することを防止す
ることかでき、かつインバータに許容される最大電圧ま
で高く制御されているので、従来耐圧の高い半導体素子
を使用しているにも拘らず、低電圧大電流で動作させて
いた電動機を、素子耐圧に合せた最適な電圧、電流で動
作させることができる。その結果、より電流容量の小さ
な素子で、より大電力の電動機を制御することか可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例を示す回路結線図、第２図及
び第３図はそれぞれ他の実施例を示す回路結線図、第４
図は本発明による制御装置の内部電圧の例を示す図、第
５図は本発明におけるインバータの制御回路部分を示す
回路構成図、第６図は従来の電動機の制御装置のブロッ
ク構成図、第７図は従来の電動機の制御装置の動作例を
示すタイムチャート、第８図は内部電圧の例を示す図で
ある。１・・・コンバータ、２・・・交？Ｒｔ源、３，３八、
３Ｂ・・・平滑用コンデンサ、４・・インバータ（電力
変換器）、５・・・電動機、６・・・制御回路、７・・
・速度指令、８・・・抵抗器、９・・・トランジスタ、
１０．１０＾１０Ｂ・・・電力変換器。

Claims

【特許請求の範囲】１、電動機を駆動するインバータと、交流電源を整流し
て第１の直流電圧を出力するコンバータと、前記第１の
直流電圧を入力して変換することにより第２の直流電圧
を得、この第２の直流電圧を前記インバータへ供給する
電力変換器と、前記インバータを構成する回路部品の耐
圧に応して前記第２の直流電圧を、前記電力変換器によ
って制御する制御手段とを具備したことを特徴とする電
動機の制御装置。２、前記電力変換器は、前記第１の直流電圧から電圧を
昇圧することによって前記第２の直流電圧を得るように
なっている請求項１に記載の電動機の制御装置。３、前記制御手段が、前記電動機に対する電流指令値及
び実際に流れる電流の瞬時値に応じて制御されるもので
あり、前記電流指令値及び前記電流の瞬時値の偏差を増
幅する誤差増幅手段と、この誤差増幅手段の増幅率を前
記第２の直流電圧に応じて変化させる手段とを有して前
記インバータを制御するようになっている請求項１又は
２に記載の電動機の制御装置。