JPH0521999Y2 - - Google Patents

Description

【考案の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本考案は、多相交流電動機に供給される電流の
電流実効値を演算する電流実効値演算装置に関す
るものであり、特に電動機の制御に電流実効値を
利用する制御装置と共に用いられるのに好適な多
相句流電動機の電流実効値演算装置に関するもの
である。

［従来の技術］ 第６図は、電流実効値IEと、電動機の速度を
検出した速度検出信号VENと速度指令信号
VCMD等とを用いて適切なトルク指令値と電流
指令値とを演算して、速度制御系の応答を改善す
る三相同期電動機の制御装置の一例を示してい
る。この装置では、エンコーダ１により三相同期
電動機２の回転速度をデジタル量で検出して、検
出した回転速度信号VENをデジタル制御回路３
に供給する。また電動機２に供給される三相交流
電流のうちの２つの相Ｕ，Ｖの瞬時電動値IAU，
IAVをそれぞれ電流検出器４，５を用いて検出
し、検出した値をそれぞれアナログーデジタル変
換器６，７でデジタル量の瞬時電流値IDU，IDV
に変換してデジタル制御回路３に供給する。尚デ
ジタル制御回路３は、瞬時電流値IDU，IDVから
Ｗ相の瞬時電流値IDWを得る機能を備えている。

そして従来は電流検出器４，５から得た２つの
アナログ量の瞬時電流値IAU，IAVを２相３相
変換回路１０で３相に変換して、３相分を整流回
路１１で整流し、整流値に増幅回路１２で所定の
係数値を掛けアナログ量で電流実効値を得た後、
アナログ量の電流実効値をアナログーデジタル変
換回路１３でデジタル量に変換して、電流実効値
IEを得ていた。

デジタル制御回路３は速度指令VCMDと回転
速度信号VENに基づいてトルク指令値を演算し、
またエンコーダ１から入力された回転速度信号か
らsinθsin（θ−2π／３）を演算して、これらの演
算値sinθ及びsin（θ−2π／３）とトルク指令値と
を乗算してＵ相とＶ相の電流指令値IU及びIVを
出力する。また電流指令値IU及びIVに基づいて
Ｗ相の電流指令値IWを演算して出力する。そし
てこれら各電流指令値IU，IV及びIWと瞬時電流
値IDU，IDV及びIDWとの偏差を求めて増幅し
た後、偏差をパルス幅変調処理してドライブ回路
８に供給し、ドライブ回路８は３相同期電動機２
の固定子巻線に所定の周波数の３相交流を供給す
る３相インバータ回路を駆動して電動機２を制御
する。

［考案が解決しようとする問題点］ 従来の実効値演算装置は、第６図の一点鎖線の
枠内にある回路１０〜１３によつて構成される。
しかしながら従来の実効値演算装置では、増幅回
路１２の増幅率を調整することにより、整流回路
１１の整流値に掛ける係数を定めて電流実効値を
得ているため、増幅回路の増幅率の調整が難しい
という問題があつた。また従来の装置では、瞬時
電流値IAU，IAVの波形の歪による演算誤差の
発生を考慮していなかつたため、例え増幅回路１
１の増幅率の調整を簡単にする工夫がなされたと
しても、検出精度を高めることができないという
問題があつた。

本考案の目的は、難しい調整を必要とすること
なく検出精度の高い多相交流電動機の電流実効値
演算装置を提供することにある。

［問題点を解決するための手段］ 本考案は、上記問題点を解消するため、図面に
示した実施例に見られるように、多相交流電動機
に供給される相電流のうち少なくとも２相の相電
流の瞬時電流値を検出して各相についてデジタル
量のデジタル瞬時電流値IDを出力する瞬時電流
検出器４，５，６，７と、回転子の回転角度を検
出して相電流と同期した回転角度検出信号を出力
する回転角度検出器１′，１４とを備えている。
そして本考案においては、相電流が極性反転する
前後の所定の角度範囲を除いた角度範囲内に位相
がある相を回転角度検出信号に基づいて選択する
演算相選択手段１５と、演算相選択手段１５によ
つて選択された相の相電流に対応する正弦値sinθ
をデジタル量で出力する正弦値発生手段１６と、
演算相選択手段１５によつて選択された相につい
てのデジタル瞬時電流値IDと正弦値sinθとを入力
として｜ID／√２sinθ｜の演算を実行して電流実
効値IEを出力するデジタル演算手段１７とを備
えている。

［考案の作用］ 本考案では、演算相選択手段１５が回転角度検
出信号に基づいて位相が交流波形の歪みの影響が
少ない演算許容範囲内にある相、すなわち相電流
が極性反転する前後の所定の角度範囲を除いた角
度範囲内に位相がある相を適宜に選択する。そし
て、正弦値発生手段１６は演算相選択手段１５に
よつて選択された相の相電流に対応する正弦値
sinθをデジタル量で出力し、デジタル演算手段１
７は演算相選択手段１５によつて選択された相に
ついてのデジタル瞬時電流値IDと正弦値sinθとを
入力として｜ID／√２sinθ｜の演算を実行するこ
とにより電流実効値IEを出力する。このように
本考案においては、演算相選択手段１５が演算に
適切な相を選択し、交流波形の歪みの影響を極力
受けないようにしてデジタル回路で演算を行うの
で難しい調整を必要とすることなく、高い精度で
電流実効値を演算することができる。

［実施例］ 以下図面を参照して、本考案の実施例を説明す
る。

第１図は、第６図の従来の装置と同様に本考案
の電流実効値演算装置を三相同期電動機の制御装
置に用いた場合の例を示している。尚第１図にお
いて第６図に示した従来の装置と同じ部分には、
第６図で付した符号と同じ符号を付してある。第
１図の実施例において、エンコーダ１′としては、
公知のエンコーダＡ信号，Ｂ信号及びＣ信号並び
にＵ，Ｖ，Ｗ信号を出力するフオトエンコーダが
用いられている。そして、このエンコーダ１′は
公知の手法によつてインバータ回路９から出力さ
れる相電流と同期が取られており、また回転角度
検出信号として利用されるＵ，Ｖ，Ｗ信号が相電
流と位相が一致するように調整されている。この
調整は当業者に公知の通り、例えば電動機２の回
転軸に対するエンコーダ１′の取付け位置を調整
することにより行われる。本実施例においては、
例えばＵ相の相電流の位相とエンコーダ１′のＵ
相出力との位相が一致するようになつている。な
おエンコーダ１′はラインＬ１を通してＵ，Ｖ，
Ｗ信号を出力し、ラインＬ２を通してＡ，Ｂ，Ｃ
信号を出力する。

１４はエンコーダ１′から出力されたＵ，Ｖ，
Ｗ信号及びＡ，Ｂ，Ｃ信号に基づいて電動機２の
回転子の回転角度θを例えばＵ相の相電流に対応
した回転角度検出信号として出力する公知の角度
検出回路である。また１５は角度検出回路１４か
ら出力された回転角度検出信号に基づいて、位相
が演算許容範囲内にある相を適宜に選択する演算
相選択手段である。この演算許容範囲とは、相電
流の歪みによる影響が少ない範囲であり、具体的
には相電流が極性反転する前後の所定の角度範囲
を除いた角度範囲である。後に詳細に説明する
が、本実施例では例えば第４図に示されるよう
に、回転子の角度範囲が30°≦θ≦150°あるいは
210°≦θ≦330°の範囲にある場合には、この範囲
を演算誤差の少ない範囲（演算許容範囲）として
いる。またＶ相の相電流についての演算許容範囲
は150°＜θ＜210°，330°＜θ≦360°、あるいは0°
≦
θ＜30°である。

本実施例の演算相選択手段１５は、Ｕ相を基準
にしてＵ相が演算許容範囲にあるときにはＵ相を
選択し、Ｕ相の位相が演算許容範囲を脱したと
き、すなわち演算許容範囲外になつたときにＶ相
を選択するように構成されている。

１６は演算相選択手段１５によつて選択された
相の正弦値すなわちsinθを発生する正弦値発生手
段である。尚この正弦値発生手段１６は、演算相
選択手段１５によつて選択された相に応じてエン
コーダ１′によつて検出された回転角度θに対し
て所定角度（３相の場合には2π／３）ずつ遅れ
た又は進んだ正弦値を発生する。尚演算相選択手
段１５は、相を選択すると同時に選択した相に応
じた回転角度を出力する場合には、正弦値発生回
路１６は単純に正弦値を出力する構成のものでよ
い。

また同図において１７は、アナログ・デジタル
変換器６又は７から出力されたデジタル瞬時電流
値ID（IDU又はIDV）と正弦値発生手段１６から
出力された正弦値sinθとを入力として｜ID／√２
sinθ｜の演算を実行し、電流実効値IEを出力する
デジタル演算手段１７である。

本実施例において、交流電動機２の相電流の瞬
時電流値IA（IAU又はIAV）を検出してデジタル
量のデジタル瞬時電流値IDを出力する瞬時電流
検出器は、変流器からなる電流検出器４及び５と
アナログ・デジタル変換器６又は７とから構成さ
れる。

第２図は瞬時電流値と正弦値とを用いて実効値
を演算する場合の原理を説明するための波形図で
ある。今Ｕ相のみを用いて演算を行うとすれば、
エンコーダ１′によつて検出した回転子の回転角
度θUが60°であるとすると、Ｕ相の電流ピーク値
IPは、次のようにして得られる。

IP＝IDU（sin90°／sin60°） ＝IDU（２／√３） そして、このときのＵ相の電流実効値IEは、
次のようにして得られる。

IE＝｜IP／√２｜＝√２３｜IDU｜ 尚、回転角度をＶ相との関係で表せばθV＝θU−
2π／３と表すことができる。原理的には、１相
だけで実効値を演算することができるが、インバ
ータ回路９又は制御電源から出力される交流波形
は全体的に歪んでいるため、演算する場合に波形
の歪みによる影響を避けられない。特に歪みによ
る影響は、相電流の極性が変化する前後で顕著に
現れることが実験により判つた。本実施例のよう
にＵ相を基準にした場合には、Ｕ相の相電流の位
相が0°，180°及び360°の前後で電流実効値の演算
誤差が大きくなる。そこで本実施例においては演
算誤差の大きくなる範囲として、0°，180°及び
360°の前後±30°の範囲を定め、Ｕ相の相電流の
位相がこの範囲にあるときには、演算許容範囲に
あるＶ相の相電流に基づいて実効値の演算を行う
ようにした。

第３図は、第１図の基本構成を用いた本考案の
具体的な実施例の構成を示すブロツク図である。
第３図の実施例では第４図の波形に実線で示した
ようにＵ相を基準として見た場合に、回転子の角
度範囲が30°≦θU≦150°あるいは210°≦θU≦330°
の範囲にある場合には、この範囲を演算誤差の少
ない範囲（演算許容範囲）として、Ｕ相を基準に
して電流実効値を演算する。一方角度が330°＜
θU＜30°あるいは150°＜θU＜330°の範囲にある場
合には、Ｖ相を用いて電流実効値を演算する。す
なわち許容範囲外においては、IE＝｜IDV／√
２sinθV｜によつて実効値を求める。但しθV＝
θU−2π／３である。

第３図の実施例で、１５ａは角度検出回路１４
（第１図）から出力される回転角度検出信号に基
づいて回転角度が予め設定した演算許容範囲にあ
る場合には回転角度検出信号を第１の正弦値発生
回路１６ａに供給し、回転角度が演算許容範囲外
にある場合には回転角度検出信号を第２の正弦値
発生回路１６ｂに供給する角度範囲検出回路であ
る。なお演算許容範囲の決定は、角度範囲設定回
路によつて行われる。本実施例においては角度範
囲検出回路１５ａと角度範囲設定回路１５ｂとに
よつて演算相選択手段１５が構成されている。

第１の正弦値発生回路１６ａは、入力信号に応
じてメモリに内蔵したデータからsinθUの値を読
みだして出力する。また第２の正弦値発生回路１
６ｂは入力信号に応じてメモリに内蔵したデータ
からsinθVすなわちsin（θU−2π／３）の値を読み
出して出力する。また角度範囲検出回路１５ａの
出力は選択回路１７ｃに供給され、選択回路１７
ｃは角度範囲検出回路１５ａがＵ相を選択して第
１の正弦値発生回路１６ａに信号を出力したこと
を検出してデジタル瞬時電流値IDUを選択出力す
る。また選択回路１７ｃは、角度範囲検出回路１
５ａがＶ相を選択して第２の正弦値発生回路１６
ｂに信号を出力したことを検出してデジタル瞬時
電流値IDVを選択出力する。

１７ａは、第１又は第２の正弦値発生回路１６
ａ又は１６ｂの出力sinθで１／√２の値を割算し
て１／√２sinθを実行する割算回路である。１７
ｂは割算回路１７ａの出力と選択回路１７ｃで選
択したデジタル瞬時電流値IDとを乗算する乗算
回路でありID（１／√２sinθ）の演算を行う。そ
して１７ｄは乗算回路１７ｃの出力の絶対値を取
る絶対値演算回路である。尚既存のデジタル制御
回路３内にもsinθを演算する回路があるため、本
実施例を実施する場合に既存の回路の一部を利用
すれば構成を簡単にすることができる利点があ
る。尚本実施例においては第１及び第２の正弦値
発生回路１６ａ及び１６ｂによつて正弦値発生手
段が構成され、割算回路１７ａ，乗算回路１７
ｂ，選択回路１７ｃ及び絶対値演算回路１７ｄに
よつてデジタル演算手段１７が構成される。

本実施例のように２相の相電流を用い、演算相
選択手段１５で演算誤差の発生の少ない方の相を
選択して演算を行えば、簡単な構成で精度の高い
演算結果を得ることができる。

尚上記実施例では、演算相選択手段１５は適切
な相を選択してそのときの回転角度をそのまま第
１又は第２の正弦値発生回路に出力する構成のも
のを用い、第２の正弦値発生回路としてsin（θU
−2π／３）の信号を発生するものを用いたが、
演算相選択手段１５をＶ相が選択された場合に
は、θU−2π／３を表す信号を出力するように構
成すれば、１つの正弦波発生回路で正弦値発生手
段１６を構成することができる。

また上記実施例ではエンコーダ１′と角度変換
回路１４とにより回転角度検出器を構成している
が、回転角度検出器の構成は上記実施例に限定さ
れるものではなく、回転角度をデジタル量で出力
できるものであればいかなる構成のものであつて
もよい。

上記実施例は、ハードロジツク回路で本考案を
実施する場合の例であるが、本考案はマイクロプ
ロセツサすなわちCPUを用いてソフトウエアに
よつても実施することがきる。第１図及び第２図
の実施例をCPUとソフトウエアを用いて実施す
る場合には、デジタル制御回路３と、演算相選択
１５と，正弦値発生手段１６とデジタル演算手段
１７とがCPU内に形成されることになる。尚こ
の場合、演算相選択手段１５に入力される回転角
度検出信号はデジタル量になつている必要があ
る。第５図はCPUを用いる場合に第３図の実施
例と同じ処理を実行する場合のソフトウエアのフ
ローチヤート図である。CPUを用いて本実施例
を実施する場合には、最も構成が簡単で且つ小形
の演算装置を得ることができる。

尚上記第３図の実施例のように２つの相の瞬時
電流値を用いて演算を行う場合に、各相が分担す
る範囲は上記実施例の範囲に限られるものではな
い。また上記実施例においては、２相の相電流を
用いているが、Ｕ，Ｖ，Ｗの３相を適宜に選択し
て演算を行うようにしてもよい。Ｕ，Ｖ，Ｗの３
相を用いて演算を行う場合には、２相の相電流を
用いる場合よりも演算誤差の発生を少なくするこ
とができる。尚３相の相電流を用いる場合には、
例えば第３図の実施例における角度範囲検出回路
１５ａを３相で分担する角度範囲を検出できるよ
うに構成し、正弦値発生手段１６にＷ相の正弦値
も発生できるように第３図の正弦値発生回路を設
け、更に選択回路１７ｃは角度範囲検出回路１５
ａの出力に応じて瞬時電流値IDU，IDV，又は
IDWを選択するように構成すればよい。

また本考案を実施する場合、演算相選択手段１
５、正弦値発生手段１６及びデジタル演算手段１
７の構成は任意であつて、実施例の構成に限定さ
れるものではない。

また上記実施例では、電流フイードバツクルー
プがデジタルとなつているが、アナログのフイー
ドバツクループの場合にも、本考案を適用するこ
とができる。

また第１図の実施例において、デジタル制御回
路３に瞬時電流値IDU，IDVをフイードバツクし
ないで制御を行う場合にも、本考案を適用するこ
とができる。

更に瞬時電流値の検出を行う場合、アナログ−
デジタル変換回路６及び７の動作周期によつて決
まる瞬時電流値の検出周期をデジタル制御回路３
で行うパルス幅変調制御で用いるPWM信号と同
期させれば演算精度を更に向上させることができ
る。

尚上記各実施例は三相同期電動機の制御に本考
案を適用した場合を例にしているが、本考案の電
流実効値制御装置は三相同期電動機の制御に使用
する場合に限られず、他の多相電動機を制御する
場合にも用いることができるのは勿論である。

［考案の効果］ 本考案によれば、演算に適切な相を選択して、
交流波形の歪みの影響を極力受けない角度範囲に
ある相を用いて電流実効値の演算をデジタル回路
で行うので、難しい調整を必要とせずに且つ高い
精度で電流実効値を演算することができる利点が
ある。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本考案の電流実効値演算装置を３相
同期電動機の制御装置に適用した場合の実施例を
示す概略構成図、第２図は１相の瞬時電流値で電
流実効値を演算する場合の説明に用いる波形図、
第３図は本考案の具体的な実施例の構成を示すブ
ロツク図、第４図は第３図の実施例の動作を説明
するための波形図、第５図は本考案をCPUを用
いてソフトウエアで実施する場合のフローチヤー
ト図及び第６図は従来の装置を示す概略構成図で
ある。 １，１′……エンコーダ、２……三相同期電動
機、３……デジタル制御回路、４，５……電流検
出器、６，７……アナログ−デジタル変換回路、
８……ドライブ回路、９……インバータ回路、１
４……角度検出回路、１５……演算相選択手段、
１６……正弦値発生手段、１７……デジタル演算
手段、１５ａ……角度範囲検出回路、１５ｂ……
角度範囲設定回路、１７ａ……割算回路、１７ｂ
……乗算回路、１７ｃ……選択回路、１７ｄ……
絶対値演算回路。

Claims (1)

1. 【実用新案登録請求の範囲】 (1) 多相交流電動機に供給される相電流のうち少
   なくとも２相の相電流の瞬時電流値を検出して
   各相についてデジタル量のデジタル瞬時電流値
   IDを出力する瞬時電流検出器と、 回転子の回転角度を検出して前記相電流と同
   期した回転角度検出信号を出力する回転角度検
   出器と、 前記相電流が極性反転する前後の所定の角度
   範囲を除いた角度範囲内に相電流の位相がある
   相を前記回転角度検出信号に基づいて選択する
   演算相選択手段と、 前記演算相選択手段によつて選択された相の
   相電流に対応する正弦値sinθをデジタル量で出
   力する正弦値発生手段と、 前記演算相選択手段によつて選択された相に
   ついての前記デジタル瞬時電流値と前記正弦値
   とを入力として｜ID／√２sinθ｜の演算を実行
   するデジタル演算手段とを具備してなる多相交
   流電動機の電流実効値演算装置。 (2) 前記多相交流電動機は３相交流電動機であ
   り、前記瞬時電流検出器は２つの相Ｕ，Ｖの相
   電流のデジタル瞬時電流値IDU，IDVを出力
   し、 前記演算相選択手段は、前記各相電流が極性
   反転する前後の所定の角度範囲を除いた角度範
   囲を各相についての演算許容範囲として、一方
   の相Ｕの相電流の位相が演算許容範囲を脱する
   と他方の相Ｖの相電流を選択するように構成さ
   れ、 前記正弦値発生手段は前記一方の相Ｕの相電
   流に対応する正弦値sinθUを発生する第１の正
   弦値発生回路と、前記他方の相Ｖが選択される
   と前記回転角度検出信号に基づいて前記他方の
   相Ｖの位相θVを算出して該相Ｖの相電流に対
   応する正弦値sinθVを出力する第２の正弦値発
   生回路とから構成されている実用新案登録請求
   の範囲第１項に記載の多相交流電動機の電流実
   効演算装置。 (3) 前記演算相選択手段、前記正弦値発生手段及
   び前記デジタル演算手段は、マイクロプロセツ
   サによつて構成される実用新案登録請求の範囲
   第１項または第２項に記載の多相交流電動機の
   電流実効値装置。