JPH05300785A - 同期電動機の制御装置 - Google Patents

同期電動機の制御装置

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JPH05300785A
JPH05300785A JP4098025A JP9802592A JPH05300785A JP H05300785 A JPH05300785 A JP H05300785A JP 4098025 A JP4098025 A JP 4098025A JP 9802592 A JP9802592 A JP 9802592A JP H05300785 A JPH05300785 A JP H05300785A
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Yasuyuki Sugiura
康之 杉浦
Masahiko Watanabe
正彦 渡辺
Katsunori Suzuki
勝徳 鈴木
Hiroyuki Tomita
浩之 富田
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Hitachi Ltd
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 同期電動機におけるデットタイムの補正を簡
単な回路構成で行い、高精度、高応答に制御してトルク
脈動が小さい同期電動機の制御を行う。 【構成】 トルク指令値IQの極性と磁極位置検出回路
11の出力信号に基づいて極性判別切替回路22で同期
電動機1の相電流の極性を判定し、デットタイム回路2
4により設定されるデッドタイムをデットタイム補正回
路23により補正する。また回転速度指令の極性と磁極
位置検出手段11の信号によりで同期電動機の電流の極
性を判断する。さらにトルク指令値が大きい時はトルク
指令値IQの極性と、小さい時は回転速度指令の極性と
磁極位置検出手段11の信号によりで同期電動機の電流
の極性を判断する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は同期電動機を可変速する
電圧形PWMインバータに係り、特にディジタル制御に
よりトランジスタ、MOSFET、IGBT(Insu
latedgate bipolar transis
tor)等の高速スイッチング素子を使用したインバー
タの制御に紙葉するに好適な同期電動機の制御装置に関
する。
【0002】
【従来の技術】従来、同期電動機を可変速制御するイン
バータ装置では、インバータの主回路を構成する上下ア
ームが短絡しないようにスイッチングのタイミング上、
設けられたデッドタイムの影響でインバータの出力電流
が歪む。この結果、モータ電流も歪み、トルク脈動が大
きくなったり、モータ効率が低下する。
【0003】また従来のインバータ装置ではデットタイ
ムを補正する手段として、電動機の入力電流を検出して
その検出値が指令値に一致するように制御する、交流電
流調節器が設けられていた。
【0004】一方、誘導電動機におけるデットタイム補
正に関しては、インバータのスイッチング素子の電圧を
測定し、その誤差電圧の極性に応じて基準のPWMパル
ス幅より固定補正量Tλだけ狭い狭幅パルスと固定補正
量Tλだけ広い広幅パルスを切り替えて、第2のPWM
信号(デットタイム回路の入力信号)とするデットタイ
ムの補正方式が提案されている(特開平2-146963号)。
【0005】
【発明が解決しようとする課題】上記従来技術におい
て、まず電流制御器を設けることは、インバータをディ
ジタル制御で実現する上で高速処理に対応するために、
高速のマイクロコンピュータや周辺機器が必要となり、
装置が複雑になるという問題があった。
【0006】一方、従来の誘導電動機におけるデットタ
イムの補正方式を同期電動機にそのまま適用しようとし
た場合、電圧、電流等の検出器が必要であり、装置が複
雑になるという問題があった。
【0007】本発明は永久磁石を内蔵した同期電動機の
速度制御(ASR)と電流制御(ACR)を、いわゆる
ベクトル制御における3相/2相変換したd−q軸上
で、しかも全ディジタル制御しようとする時、同期電動
機の相電流の極性に応じて、基準のPWMパルス幅より
補正量Tλだけ狭い狭幅パルスと補正量Tλだけ広い広
幅パルスを切り替えて、最適トルク、最適効率で運転し
ようとするものである。
【0008】ここで、同期電動機の磁束は永久磁石また
は界磁卷線等において確立されているのでd軸指令は常
に零となる。q軸電流はトルクの正負の判定を行う事が
出来るが直流成分であるため、同期電動機の相電流の極
性の判定を行う事が出来ない。
【0009】本発明の第1の目的は同期電動機における
デットタイム補正を簡単に行うことができる同期電動機
の制御方法及び装置を提供することにある。
【0010】また、負荷条件が無負荷に近くなるとq軸
電流は微小になると共にノイズ等の加算や制御系の振動
によりq軸電流の極性の判定がむずかしくなる事があ
る。たとえば、電流が正極性にもかかわらず負極性を検
出することになり、デットタイム補正を正確に行うこと
ができず、トルク脈動が大きくなったり、モータ効率が
低下する恐れがある。
【0011】本発明の第2の目的は同期電動機における
デットタイム補正を高精度に行うことができる同期電動
機の制御方法及び装置を提供することにある。
【0012】更に本発明の第3の目的は同期電動機にお
ける高速応答化に有位なデットタイム補正を行なうこと
ができる同期電動機の制御方法及び装置を提供すること
にある。
【0013】
【課題を解決するための手段】本発明の同期電動機の制
御方法は、同期電動機を駆動するPWM信号に基づいて
可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータに供
給する前記PWM信号を遅延させて、前記PWMインバ
ータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡
を防止するためにデットタイム設定回路により設定され
るデットタイムを補正する同期電動機の制御方法におい
て、前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前
記同期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトル
ク電流指令値と前記同期電動機における回転子の磁極位
置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性
を求め、前記PWM信号と求められた前記同期電動機の
相電流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回路
により設定されるデットタイムの補正を行うことを特徴
とする。
【0014】本発明の同期電動機の制御方法は、同期電
動機を駆動するPWM信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するPWMインバータに供給する前記PWM
信号を遅延させて、前記PWMインバータの主回路を構
成するスイッチング素子のアーム短絡を防止するために
デットタイム設定回路により設定されるデットタイムを
補正する同期電動機の制御方法において、前記同期電動
機の回転速度指令値と前記同期電動機における回転子の
磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電
流極性を求め、前記PWM信号と求められた同期電動機
の相電流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回
路により設定されるデットタイムの補正を行うことを特
徴とする。
【0015】本発明の同期電動機の制御方法は、同期電
動機を駆動するPWM信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するPWMインバータに供給する前記PWM
信号を遅延させて、前記PWMインバータの主回路を構
成するスイッチング素子のアーム短絡を防止するために
デットタイム設定回路により設定されるデットタイムを
補正する同期電動機の制御方法において、前記同期電動
機における回転子の回転検出値及び前記同期電動機の回
転速度指令に基づいて決定されるトルク電流指令値が大
きいと判定された時は前記トルク電流指令値と前記同期
電動機における回転子の磁極位置検出値に基づいて前記
同期電動機の相電流の電流極性を求め、前記トルク電流
指令値が小さいと判定された時は前記同期電動機の回転
速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電
動機の相電流の電流極性を求め、前記PWM信号と求め
られた同期電動機の相電流の電流極性に基づいて前記デ
ットタイム設定回路により設定されるデットタイムの補
正を行うことを特徴とする。
【0016】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するPWM信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するPWMインバータの制御装置であって、
前記PWM信号を遅延させて、前記PWMインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記トル
ク電流指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期
電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定手段
と、前記PWM信号と前記電流極性判定手段から出力さ
れる同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づい
て前記デットタイム設定回路により設定されるデットタ
イムの補正を行うデットタイム補正手段とを有すること
を特徴とする。
【0017】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するPWM信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するPWMインバータの制御装置であって、
前記PWM信号を遅延させて、前記PWMインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記回転
速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電
動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定手段と、
前記PWM信号と前記電流極性判定手段から出力される
同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
の補正を行うデットタイム補正手段とを備えたことを特
徴とする。
【0018】本発明の同期電動機の制御装置は、同期電
動機を駆動するPWM信号に基づいて可変周波数で可変
電圧を出力するPWMインバータの制御装置であって、
前記PWM信号を遅延させて、前記PWMインバータの
主回路を構成するスイッチング素子のアーム短絡を防止
するためのデットタイム設定回路を有する同期電動機の
制御装置において、前記同期電動機における回転子の磁
極位置を検出する磁極位置検出手段と、前記同期電動機
における回転子の回転速度を検出する回転速度検出手段
と、前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令
手段と、前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づい
てトルク電流指令を出力する速度制御手段と、前記トル
ク電流指令値の大きさを判定するトルク電流指令値判定
手段と、前記トルク電流指令値判定手段により前記トル
ク電流指令値が大きいと判定された時は前記トルク電流
指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機
の相電流の電流極性を求め、トルク電流指令値が小さい
と判定された時は前記回転速度指令値と前記磁極位置検
出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求
める電流極性判定手段と、前記PWM信号と前記電流極
性判定手段から出力される同期電動機の相電流の電流極
性を示す信号に基づいて前記デットタイム設定回路によ
り設定されるデットタイムの補正を行うデットタイム補
正手段とを有することを特徴とする。
【0019】すなわち、本発明は、上記第1の目的を達
成するために同期電動機と直結した誘起電圧と同相で互
いに120度位相の異なる同期電動機の各磁極位置を示
す3相方形波信号UM、VM、WMを出力する磁極検出器
において、この3相方形波信号UM、VM、WMとq軸電
流指令の符号とを乗算して得られたた信号の極性に基づ
いて同期電動機の相電流の極性を判定することによりデ
ットタイムの補正をするようにしたものである。
【0020】また本発明は、上記第2の目的を達成する
ために同期電動機と回転数検出器を直結し、その回転数
検出器から検出された回転速度フィードバック信号Nf
または回転数指令Nの符号と前記磁極検出器の検出出力
とを乗算して得られた信号の極性に基づいて同期電動機
の相電流の極性を判定することによりデットタイムの補
正をするようにしたものである。
【0021】更に本発明は、上記第3の目的を達成する
ために、q軸電流指令またはq軸電流検出値の大きさを
判定し、それが規定値より大きい時は前記磁気検出器の
3相方形波信号UM、VM、WMとq軸電流指令またはq
軸電流検出値の符号とを乗算して得られた信号の極性に
基づいて同期電動機の相電流の極性を判定することによ
りデットタイムの補正をし、またq軸電流指令またはq
軸電流検出値の大きさが規定値より小さい時は磁極検出
器の検出出力と回転速度指令Nまたは検出された回転速
度フィードバック信号Nfの符号とを乗算して得られた
信号の極性に基づいて同期電動機の相電流の極性を判定
することによりデットタイムの補正をするようにしたも
のである。
【0022】
【作用】本発明によるデットタイムを補正をる原理は、
フィードバックダイオードが逆並列接続されたスイッチ
ング素子を主回路の上下アームに有するPWMインバー
タにおいて、負荷電流が正の時で、前記上下アームを構
成するスイッチング素子が両方ともオフの期間、負荷電
流は連続して流れようとする。この場合に負荷電流が連
続して流れるためには負荷電流は、下アームのフィード
バックダイオードを介して流れる。この結果、電動機端
子は負電源側に固定される時間が長くなり、実際の電流
より少ない電流が流れることになる。
【0023】また負荷電流が負の時で、上下アームを構
成するスイッチング素子が両方ともオフの期間、負荷電
流は連続して流れようとする。この場合負荷電流は、上
アームのフィードバックダイオードを介して流れる。こ
の結果、電動機端子は正電源側に固定される時間が長く
なり、実際の電流より多い電流が流れることになる。
【0024】そこで、本発明では、いま、トルク指令
(q軸指令)が正の時の状態について検討すると、磁極
位置信号は誘起電圧電圧と位相が同相になるように設定
してあるので磁極位置検出器の出力は電動機電流を模擬
することになる。負荷電流が正の時、負荷電流の符号を
模擬する磁極位置信号は正である。このため、トルク指
令の符号と磁極位置信号を乗算する事で実際の負荷電流
の符号の正を検出することができる。このため基準のP
WMパルス幅より補正量Tλだけ広い広幅パルスを切り
替えて第2のPWM信号(デットタイム回路の入力信
号)としている。
【0025】また負荷電流の符号が負の時、負荷電流の
符号を模擬する磁極位置信号は負である。トルク指令の
符号と磁極位置信号を乗算する事で実際の負荷電流の符
号の負を検出することができる。このため基準のPWM
パルス幅より補正量Tλだけ狭い狭幅パルスに切り替え
て第2のPWM信号(デットタイム回路の入力信号)と
している。
【0026】また、トルク指令(q軸指令)が負の時の
状態について検討すると、負荷電流の符号を模擬する磁
極位置信号は正である時、トルク指令の符号と磁極位置
信号を乗算すると負となるため負荷電流が負の時と同じ
状態になり負トルクが発生する。このため基準のPWM
パルス幅より補正量Tλだけ狭い狭幅パルスに切り替え
て第2のPWM信号(デットタイム回路の入力信号)と
している。また、負荷電流の符号を模擬する磁極位置信
号は負である時、トルク指令の符号と磁極位置信号を乗
算すると正となるため負荷電流が正の時と同じ状態にな
る。このため基準のPWMパルス幅より補正量Tλだけ
広い広幅パルスを切り替えて第2のPWM信号(デット
タイム回路の入力信号)としている。
【0027】これにより電流歪が低減され、トルク脈動
が減少する。
【0028】また本発明ではノイズの影響が少ない回転
速度指令または速度検出信号の極性と磁極位置検出信号
に基づいて同期電動機の相電流の正負を判断するために
無負荷状態に近くなりq軸電流の値が小さくなっても高
精度にデットタイム補正が出来る。
【0029】以上により、本発明によれば同期電動機の
速度制御に用いる磁極位置検出信号を流用することで特
別、補償のため検出回路が不要となる。
【0030】更に本発明では、負荷応答の向上のためq
軸電流の大きさによって、q軸電流が大きい時はq軸電
流またはq軸電流指令の符号と磁極位置信号を乗算して
実際の負荷電流の符号を模擬し、q軸電流が小さい時は
回転速度指令または回転速度フィードバック信号の符号
と磁極位置信号を乗算して実際の負荷電流の符号を模擬
するようにすることにより、負荷変動に対してもデッド
タイムの補正方法を切り替えることにより、高速に応答
することができる。
【0031】
【実施例】以下、本発明の実施例を図面を参照して説明
する。図1は、本発明が適用される同期電動機を制御す
る電圧形PWMインバータの制御装置の構成を示すブロ
ック図であり、図2、図3は本発明に係る同期電動機の
制御装置の動作原理を示すタイムチャートである。
【0032】図1において、1は回転子に永久磁石を有
する同期電動機であり、2は同期電動機1の誘起電圧を
検出する磁極位置検出器である。
【0033】また3は同期電動機1の回転数を検出する
エンコーダ等の回転検出器であり、4、5は同期電動機
1の電動機電流を検出する電流検出器である。
【0034】更に6は同期電動機1に任意の周波数の交
流電力を供給するインバータであり、7は商用電源、8
は商用電源7の交流電力を直流電力に変換してインバー
タ6に直流電力を供給する整流器である。
【0035】9は一定時間毎に電流検出器4、5から検
出したアナログの電動機電流をディジタル信号に変換す
るA/D変換器であり、10はディジタル信号に変換さ
れた同期電動機電流IU,IV,IW をq軸電流Iq
f、d軸電流Idfに変換する3相/2相変換回路であ
る。3相/2相変換は次式(1)、(2)に基づいて行
なわれる。
【0036】
【数1】
【0037】
【数2】
【0038】第2図に示すように磁極位置検出回路11
は同期電動機1における誘起電圧eou,eov,eo
wの位相に一致させるように磁極位置検出器2からの出
力を基に3相方形波UM、VM、WMを出力する。12は
sinθ/cosθテーブルである。
【0039】さらに磁極位置検出回路11は上式(2)
を成立させるために回転検出器3からの信号を取り込
み、同期電動機1の回転子の電気角θを正確に検出す
る。そして、sinθ/cosθテーブル12のデータ
を正確に求める。
【0040】一方、13は速度検出回路であり、回転検
出器3からの信号パルスを一定時間毎に測定してPNと
すると共に一定時間(サンプリング時間)の初めのパル
スと一定時間終了後の最初のパルス間隔を測定して時間
幅TDとして次式(3)を用いて回転速度フィードバッ
ク信号Nfを求める。
【0041】
【数3】
【0042】但し、KNは換算係数である。
【0043】また14、15、16は加算器であり、1
7は速度制御演算回路、18はq軸電流制御演算回路、
19はd軸電流制御演算回路である。
【0044】加算器14は回転速度指令Nと回転速度フ
ィードバック信号Nfの偏差を演算し、速度制御演算回
路17では比例・積分演算をしてq軸電流指令IQを出
力する。 加算器15はq軸電流指令IQとq軸電流フ
ィードバック信号Iqfの偏差を演算し、q軸電流制御
演算回路18では比例・積分演算をしてq軸電圧指令V
Qを出力する。
【0045】加算器16はd軸電流指令IDとd軸電流
フィードバック信号Idfの偏差を演算し、d軸電流制
御演算回路19では比例・積分演算をしてd軸電圧指令
VDを出力する。また20はベクトル演算回路、21は
PWMパルス発生回路である。 ベクトル演算はq軸電
圧指令VQとd軸電圧指令VDから次式(4)に基づい
て電圧の絶対値Vtuを求め、磁極位置検出回路11か
ら求めた同期電動機1の回転子の電気角θに基づいてよ
り発生すべき位相γを次式(5)から計算してU相の相
電圧Vtuと位相γ相当するベクトルのPWMパルスを
PWM発生回路21からU、V,W相の信号、S1U、
S1V、S1Wを出力する。
【0046】
【数4】
【0047】
【数5】
【0048】
【数6】
【0049】また、22は極性判別切替回路であり、2
3はデットタイム補正回路、24はデットタイム回路で
ある。
【0050】極性判別切替回路22は磁極位置検出回路
11から磁極位置信号UM、VM、WMを取り込み、さら
に速度制御演算回路17の出力であるq軸電流指令IQ
と、回転速度指令Nを取り込む。そして極性判別切替回
路22は磁極位置検出回路11の出力信号UM、VM、W
Mとq軸電流指令IQを乗算して信号Su、Sv、Sw
をデッドタイム補正回路23に出力する。
【0051】図2は正トルクの時のU相電流とq軸電流
指令とU相磁極位置信号UMの関係を示しており、図3
は負トルクの時のU相電流とq軸電流指令とU相磁極位
置信号UM及び磁極位置信号VM、WMの関係を示してい
る。
【0052】デットタイム補正回路23ではPWMパル
ス発生回路21から出力される基準のPWMパルス信号
S1U、S1V、S1Wを極性判別切替回路22から出
力される信号Su、Sv、Swの符号に応じて、正の時
は補正量Tλだけ広い広幅パルスなるように補正し、負
の時は補正量Tλだけ狭い狭幅パルスになるように補正
する。その結果、デットタイム補正回路23よりS5
U、S5V、S5Wの出力信号を得る。
【0053】さらに、デットタイム補正回路23の出力
信号S5U、S5V、S5Wをインバータの主回路を構
成する上下アームが短絡しないようにデットタイム回路
24でデッドタイムTdを設けて、ゲート信号U+、U
−、V+、V−、W+、W−を出力する。
【0054】また、25はマイクロコンピュータのよう
な演算可能なCPUであり、26はデータバス、27は
演算ブロックである。すなわち、上記説明の演算ブロッ
ク27で囲まれた部分はハードウェアでもソフトウェア
でも実現可能である。
【0055】さらにデットタイム補正回路23の補正量
Tλやデットタイム回路24のデッドタイムTdはCP
U25からデータバス26を介してソフトウェア上で書
換可能となる。図4は本発明の第1の目的を達成するた
めの極正判別切替回路22の一実施例を示している。同
図はU相についてのみ記してありV相、W相については
同一であるため省略する。すなわち、同図においてq軸
電流指令IQと磁極位置検出手段UMの出力を乗算器2
8で乗算し、その出力信号SUは結果が正であればハイ
レベル信号を、負であればローレベル信号を出力させ
る。またq軸電流指令IQの代わりにq軸フィードバッ
ク電流Iqfを用いてもよい。
【0056】次に図1におけるデットタイム補正回路2
3及びデットタイム回路24の具体的構成を図5に示
す。これらの回路により行なわれるパルス幅補正を図6
及び図7に示すタイムチャートと図8に示すU相分のイ
ンバータ回路において説明する。 いまインバータ回路
6において、負荷電流iLがインバータ3から同期電動
機1へ流れる場合を電流の正方向とし、逆の場合を負方
向とする。図6は負荷電流iLが正の時のタイムチャー
トであり、図7は負荷電流iLが負の時のタイムチャー
トである。
【0057】まず、負荷電流iLが正方向に流れる場合
について説明する。図8においてインバータ6における
トタンジスタTruとトランジスタTrxが両方OFF
のとき電動機電流はインバータ6から同期電動機1側に
流れ続けようとするためダイオードDxを介して正方向
に負荷電流iLが電流が流れる。そのため電動機端子u
は負電源に固定され実際の電動機電流より不足するその
ためU相の基準のPWMパルス信号より時間Tλだけ長
い時間加えて補正する必要がある。
【0058】図5においてU相の基準のPWMパルス信
号S1Uはデットタイム補正回路23の遅延回路29を
介してTλだけ遅れた信号S2Uを得る。そして、負荷
電流が正方向に流れる時は極性判別切替回路22の出力
信号SUはハイレベルとなり、AND回路31が有効に
なって、OR回路30の出力を選択する。
【0059】またOR回路30の出力信号は信号S1U
と信号S2Uの論理和であるからOR回路34を介して
出力されるS5Uはデットタイム補正回路23の出力信
号となり、信号S5Uはデットタイム回路24の入力信
号となる。
【0060】更にデットタイム回路24では遅延回路3
5を介して時間Tdだけ遅れた信号S6Uを得る。ここ
でAND回路36は信号S5Uと信号S6Uの論理積を
とってゲート信号U+として出力し、NOR回路37で
は信号S5Uと信号S6Uの論理和を反転してゲート信
号U−を出力する。
【0061】次に負荷電流iLが負方向に流れる場合に
ついて説明する。図8においてトタンジスタTruとト
ランジスタTrxが両方OFFのとき、電動機電流は同
期電動機1側からインバータ6に流れ続けようとするた
めダイオードDuを介して負方向に負荷電流iL電流が
流れる。そのため電動機端子uは正電源に固定され、実
際の電動機電流より過剰になる。したがってU相の基準
のPWMパルス信号より時間Tλだけ短い時間にして補
正する必要がある。
【0062】図5において極性判別切替回路22の出力
信号SUはローレベルとなり、AND回路33が有効に
なって、AND回路32の出力信号を選択する。AND
回路32は信号S1Uと信号S2Uの論理積をとるか
ら、図7に示すタイミングで出力される信号S5Uを
得、この信号S5Uはデットタイム補正回路23の出力
信号となり、信号S5Uはデットタイム回路24の入力
信号となる。
【0063】更にデットタイム回路24では遅延回路3
5を介して時間Tdだけ遅れた信号S6Uを得る。ここ
でAND回路36は信号S5Uと信号S6Uの論理積を
とってゲート信号U+として出力し、NOR回路37で
は信号S5Uと信号S6Uの論理和を反転してゲート信
号U−を出力する。
【0064】また、図9は極性判別切替回路22の他の
実施例として図4の代わりにENOR論理回路を用いた
ものである。q軸電流指令IQの符号信号IQSと磁極
位置検出手段11の検出出力UMとがENOR回路38
に入力され、極性判別切替回路22を構成するENOR
回路38より信号SUIが出力される。すなわち図10
に示すように、信号IQSはq軸電流指令IQが正の時
はハイレベルとし、q軸電流指令IQが負の時はローレ
ベルとする。そして信号SUIを図5における信号SU
として利用すれば第1実施例と同じ結果を得ることが出
来る。
【0065】また、q軸電流指令IQの代わりにq軸フ
ィードバック電流Iqfを用いてもよい。
【0066】次に本発明の第2の目的である負荷条件が
無負荷に近くなった時の他の実施例に関して説明する。
すなわち、図11に示すようにq軸電流指令IQがが微
小になると共にノイズ等の加算や制御系の振動により信
号SUIに示すようにq軸電流の極性の判定がむずかし
くなる事がある。そこでノイズの影響が少なくてトルク
の正負の判定が出来る回転速度指令と磁極位置検出器2
の検出出力に基づいてデッドタイムの補正をするもので
ある。
【0067】極性判別切替回路22の他の実施例を図1
2に示す。本実施例では回転速度指令Nと磁極位置検出
回路11の出力信号UMを乗算器39で乗算し、その結
果をSUMとする。そして、その乗算結果SUMが正で
あればハイレベル信号を、負であればローレベル信号を
出力する。この信号SUMを以下、同様に図5に示す回
路構成における信号SUとして利用すれば第1実施例と
同じ結果を得ることが出来る。
【0068】さらに、極性判別切替回路22の他の実施
例を図13に示す。本実施例では図12に示した乗算器
の代わりにENOR論理回路40を用いる。この時、図
14に示すように回転速度指令Nの符号信号NSは回転
速度指令Nの値が正の時はハイレベルとし、回転速度指
令Nの値が負の時はローレベルとする。
【0069】回転速度指令Nの符号信号NSと磁極位置
検出回路11の出力信号UMとがENOR回路40に入
力され、極性判別切替回路22を構成するENOR回路
40より信号SUMが出力される。前記実施例と同様に
信号SUMを図5に示す回路構成における信号SUとす
ることで安定したデットタイムの補正が可能となる。
尚、回転速度指令Nの代わりに回転速度フィードバック
Nfを用いてもよい。
【0070】さらに本発明の第3の目的である回転速度
指令に基づいてデットタイムの補正を行った時、負荷の
変動に対して速度応答が悪いことを改良した他の実施例
について説明する。すなわち、本実施例は、図15に示
すように軸電流指令IQと磁極位置検出回路11の出力
信号UMとを乗算器41で乗算したした結果SUIを格
納し、一方、回転速度指令Nと磁極位置検出回路11の
出力信号UMとを乗算器42で乗算した結果SUNを格
納する。なお、43は負荷条件検出回路、44は切替器
である。
【0071】負荷条件検出回路43はq軸電流指令を規
定値と比較してその大きさの大小により切替器44を切
替制御し、乗算器41または乗算器42のいずれかの出
力信号の選択を行う。すなわち、切替器44は負荷条件
が無負荷に近くq軸電流指令が規定値より小さい時は信
号SUIを、q軸電流指令が規定値より大きい時は信号
SUNを、それぞれ出力するするように切り替えられ
る。
【0072】信号SUは極性判別切替回路22の出力信
号であり、これを図5に示した回路構成における入力信
号SUとして利用することにより第1実施例と同じ結果
を得ることが出来る。
【0073】さらに、極性判別切替回路22の他の実施
例を図16に示す。本実施例は、図15の乗算器41、
42の代わりにENOR回路45、46を用いるように
構成されている。すなわち、前述したq軸電流指令IQ
の符号信号IQSと磁極位置検出回路11の出力信号U
MとがENOR回路45に入力され、ENOR回路45
より信号SUIが出力される。
【0074】また、回転速度指令Nの符号信号NSと磁
極位置検出回路11の出力信号UMとがENOR回路4
6に入力され、ENOR回路46より信号SUMが出力
される。なお、47は負荷条件検出回路、48、49は
AND回路、50はOR回路である。
【0075】負荷条件検出回路47はq軸電流指令を規
定値と比較してその大きさの大小によりハイレベル信号
またはローレベル信号を出力する。すなわち、負荷条件
検出回路47は負荷条件が無負荷に近くq軸電流指令が
規定値より小さい時にはローレベル信号を出力してAN
D回路49の入力端子を選択してENOR回路46の出
力信号SUMを選択し、OR回路50を介して出力す
る。
【0076】一方、q軸電流指令が規定値より大きい時
には負荷条件検出回路47はハイレベル信号を出力して
AND回路48の入力端子を選択してENOR回路45
の出力信号SUIを選択し、OR回路50を介して出力
する。信号SUは極性判別切替回路22の出力信号であ
り、これを図5に示した回路構成における入力信号SU
とすることにより第1実施例と同じ結果を得ることが出
来る。
【0077】
【発明の効果】本発明によれば、同期電動機と直結し
た、誘起電圧と同相で互いに120度位相の異なる回転
子の各磁極位置を示す3相方形波UM,VM,WMを出力す
る磁極検出器の3相方形波UM,VM,WM出力とq軸電流
指令の符号とを乗算することにより同期電動機の相電流
の極性を判定してデッドタイムの補正をするように構成
したので、同期電動機におけるデットタイム補償を簡単
に行うことが出来る。
【0078】また、本発明によれば、同期電動機と回転
数検出器を直結し、その回転数検出器から検出された回
転速度フィードバック信号Nfまたは回転数指令Nの符
号と磁極検出器の出力信号とを乗算することで同期電動
機の相電流の極性を判定してデッドタイムを補正するよ
うに構成したので、負荷条件が無負荷に近くなってq軸
電流は微小になってもノイズ等の加算や制御系の振動に
より同期電動機の電流の極性の判定が容易であり、デッ
トタイム補正を正確に行うことができてトルク脈動を低
減させ、モータ効率を向上することが出来ると共に、同
期電動機におけるデットタイム補償を高精度に行う事が
出来る。
【0079】さらに、本発明によれば、q軸電流指令ま
たはq軸電流検出値の大きさを判断し、それらが規定値
より大きい時は3相方形波UM,VM,WM出力とq軸電流
指令またはq軸電流検出値の符号とを乗算することによ
り同期電動機の相電流の極性を判定してデッドタイムを
補正し、他方、q軸電流指令またはq軸電流検出値の大
きさが規定値より小さい時は、磁極検出器の出力信号と
回転速度指令Nまたは回転速度フィードバック信号Nf
の符号とを乗算することで同期電動機の相電流の極性を
判定してデッドタイムを補正するように構成したので、
同期電動機における高応答化に有位なデットタイム補正
を提供することが出来る。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明にかかる同期電動機の制御装置の一実施
例の構成を示すブロック図である。
【図2】本発明に係る同期電動機の制御装置の動作原理
を示すタイムチャートである。
【図3】本発明に係る同期電動機の制御装置の動作原理
を示すタイムチャートである。
【図4】図1における極性判別切替回路の一実施例の構
成を示す回路図である。
【図5】図1におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の具体的構成を示す回路図である。
【図6】図5におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の動作を示すタイムチャートである。
【図7】図5におけるデットタイム補正回路及びデット
タイム回路の動作を示すタイムチャートである。
【図8】図1におけるインバータの主回路の構成を示す
回路図である。
【図9】図1における極性判別切替回路の他の実施例の
構成を示す回路図である。
【図10】q軸電流指令とq軸電流指令IQの符号信号
IQSとの関係を示す波形図である。
【図11】q軸電流指令が小さい時の同期電動機の制御
装置の各部の動作状態を示すタイムチャートである。
【図12】図1における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。
【図13】図1における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。
【図14】回転速度指令Nと回転速度指令Nの符号信号
NSの関係を示す波形図である。
【図15】図1における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。
【図16】図1における極性判別切替回路の他の実施例
の構成を示す回路図である。
【符号の説明】
1 同期電動機 2 磁極位置検出器 3 回転検出器 4 電流検出器 5 電流検出器 6 インバータ 7 商用電源 8 整流器 9 A/D変換器 10 3相/2相変換回路 11 磁極位置検出回路 12 sinθ/cosθテーブル 13 回転検出回路 14 加算器 15 加算器 16 加算器 17 速度制御演算回路 18 q軸電流制御演算回路 19 d軸電流制御演算回路 20 ベクトル演算回路 21 PWMパルス発生回路 22 極性判別切替回路 23 デットタイム補正回路 24 デットタイム回路 25 CPU 26 データバス 27 演算ブロック 28 乗算器 39 乗算器 41 乗算器 42 乗算器 29 遅延回路 35 遅延回路 43 負荷条件検出回路 47 負荷条件検出回路 44 切替器 30 OR回路 34 OR回路 50 OR回路 31 AND回路 32 AND回路 33 AND回路 36 AND回路 48 AND回路 49 AND回路 37 NOR回路 38 ENOR回路 40 ENOR回路 45 ENOR回路 46 ENOR回路
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 富田 浩之 千葉県習志野市東習志野七丁目1番1号 株式会社日立製作所習志野工場内

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    に供給する前記PWM信号を遅延させて、前記PWMイ
    ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
    短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
    されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
    おいて、 前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前記同
    期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトルク電
    流指令値と前記同期電動機における回転子の磁極位置検
    出値に基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求
    め、前記PWM信号と求められた前記同期電動機の相電
    流の電流極性に基づいて前記デットタイム設定回路によ
    り設定されるデットタイムの補正を行うことを特徴とす
    る同期電動機の制御方法。
  2. 【請求項2】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    に供給する前記PWM信号を遅延させて、前記PWMイ
    ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
    短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
    されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
    おいて、 前記同期電動機の回転速度指令値と前記同期電動機にお
    ける回転子の磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機
    の相電流の電流極性を求め、前記PWM信号と求められ
    た同期電動機の相電流の電流極性に基づいて前記デット
    タイム設定回路により設定されるデットタイムの補正を
    行うことを特徴とする同期電動機の制御方法。
  3. 【請求項3】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    に供給する前記PWM信号を遅延させて、前記PWMイ
    ンバータの主回路を構成するスイッチング素子のアーム
    短絡を防止するためにデットタイム設定回路により設定
    されるデットタイムを補正する同期電動機の制御方法に
    おいて、 前記同期電動機における回転子の回転検出値及び前記同
    期電動機の回転速度指令に基づいて決定されるトルク電
    流指令値が大きいと判定された時は前記トルク電流指令
    値と前記同期電動機における回転子の磁極位置検出値に
    基づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求め、前
    記トルク電流指令値が小さいと判定された時は前記同期
    電動機の回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基づい
    て前記同期電動機の相電流の電流極性を求め、前記PW
    M信号と求められた同期電動機の相電流の電流極性に基
    づいて前記デットタイム設定回路により設定されるデッ
    トタイムの補正を行うことを特徴とする同期電動機の制
    御方法。
  4. 【請求項4】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    の制御装置であって、前記PWM信号を遅延させて、前
    記PWMインバータの主回路を構成するスイッチング素
    子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
    を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
    極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
    転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
    と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
    電流指令を出力する速度制御手段と、 前記トルク電流指令値と前記磁極位置検出値に基づいて
    前記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判
    定手段と、 前記PWM信号と前記電流極性判定手段から出力される
    同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
    記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
    の補正を行うデットタイム補正手段とを有することを特
    徴とする同期電動機の制御装置。
  5. 【請求項5】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    の制御装置であって、前記PWM信号を遅延させて、前
    記PWMインバータの主回路を構成するスイッチング素
    子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
    を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
    極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
    転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
    と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
    電流指令を出力する速度制御手段と、 前記回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基づいて前
    記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流極性判定
    手段と、 前記PWM信号と前記電流極性判定手段から出力される
    同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
    記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
    の補正を行うデットタイム補正手段とを備えたことを特
    徴とする同期電動機の制御装置。
  6. 【請求項6】 同期電動機を駆動するPWM信号に基づ
    いて可変周波数で可変電圧を出力するPWMインバータ
    の制御装置であって、前記PWM信号を遅延させて、前
    記PWMインバータの主回路を構成するスイッチング素
    子のアーム短絡を防止するためのデットタイム設定回路
    を有する同期電動機の制御装置において、 前記同期電動機における回転子の磁極位置を検出する磁
    極位置検出手段と、 前記同期電動機における回転子の回転速度を検出する回
    転速度検出手段と、 前記同期電動機の回転速度を指令する回転速度指令手段
    と、 前記回転検出値及び前記回転速度指令に基づいてトルク
    電流指令を出力する速度制御手段と、 前記トルク電流指令値の大きさを判定するトルク電流指
    令値判定手段と、 前記トルク電流指令値判定手段により前記トルク電流指
    令値が大きいと判定された時は前記トルク電流指令値と
    前記磁極位置検出値に基づいて前記同期電動機の相電流
    の電流極性を求め、トルク電流指令値が小さいと判定さ
    れた時は前記回転速度指令値と前記磁極位置検出値に基
    づいて前記同期電動機の相電流の電流極性を求める電流
    極性判定手段と、 前記PWM信号と前記電流極性判定手段から出力される
    同期電動機の相電流の電流極性を示す信号に基づいて前
    記デットタイム設定回路により設定されるデットタイム
    の補正を行うデットタイム補正手段とを有することを特
    徴とする同期電動機の制御装置。
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