JPH0837789A - 交流電動機の制御方式 - Google Patents

交流電動機の制御方式

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JPH0837789A
JPH0837789A JP6170660A JP17066094A JPH0837789A JP H0837789 A JPH0837789 A JP H0837789A JP 6170660 A JP6170660 A JP 6170660A JP 17066094 A JP17066094 A JP 17066094A JP H0837789 A JPH0837789 A JP H0837789A
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JP
Japan
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frequency
switching
motor
power supply
power
Prior art date
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JP6170660A
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English (en)
Inventor
Toshihiro Motai
俊博 馬渡
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Reliance Electric Ltd
Original Assignee
Reliance Electric Ltd
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Publication date
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Abstract

(57)【要約】 【目的】 交流電動機が、回生モードで運転されている
場合や、極低速で運転されている場合など、可変速装置
のスイッチングロスを軽減し、装置の破損を防止した
り、最適な装置の設計を可能にする。 【構成】 パワーユニット17に含まれるパワー素子を
スイッチング制御するPWM制御器10を備える。PW
M制御器10には、キャリア周波数制御器11から三角
波信号を供給し、パルス幅を制御する。キャリア周波数
制御器11は、キャリア周波数演算器18により一次電
気角周波数とパワーユニットの直流電源電圧とを監視し
て制御する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、誘導電動機や同期電動
機のような交流電動機の可変速制御方式に関する。
【0002】
【従来の技術および解決すべき課題】交流電動機の可変
速装置では、一般に、商用の交流電源をコンバータ回路
を用いて直流電源に変換した後、さらにインバータ回路
を用いて交流に変換し、交流電動機を駆動する方式が知
られている。
【0003】さらに任意の電圧,電流,周波数の出力を
得るために、インバータ回路は、半導体のパワー素子を
用いて、これを一定の周波数でスイッチングさせるパル
ス幅変調(PWM)方式が用いられるのが一般的であ
る。
【0004】しかしながら、このような従来方式は、ス
イッチング周波数が一定であるために、商用電源の電圧
が高い場合や、交流電動機が回生モードで運転された場
合には、直流電源電圧が上昇し、スイッチング時に発生
する熱損失が増加するので、運転を停止しなければなら
ず、最悪の場合装置が破損することがあった。
【0005】さらに低速運転時には、駆動されるパワー
素子が偏り、素子が破損したりした場合には、運転を停
止しなければならない。
【0006】したがって従来の制御方式では、通常運転
時に必要な装置よりも、より大きな容量の装置の採用を
して、冷却の能力を高めたり、装置を減定格して使用す
る等の配慮が必要であった。
【0007】本発明の目的は、交流電動機が、回生モー
ドで運転されている場合や、極低速で運転されている場
合に、可変速装置のスイッチングロスを軽減し、装置の
破損を防止したり、最適な装置の設計を可能にすること
にある。
【0008】
【課題を解決するための手段】本発明の交流電動機の制
御方式は、商用の交流電源を直流電源に変換する変換器
と、得られた直流電源を平滑化する平滑回路と、半導体
のパワー素子で構成され、平滑化された直流電源を逆変
換し、任意の交流電圧,電流を得る逆変換器と、前記パ
ワー素子をパルス幅変調方式により任意の周波数でスイ
ッチングする手段と、を備えることを特徴とする。
【0009】
【作用】パルス幅変調方式を用いる逆変換器では、パワ
ー素子から発生する損失は、直流電源電圧に左右され、
スイッチング動作を行うために発生するスイッチング損
失と、流れる電流に比例して発生するON損失に大別す
ることができ、この損失による熱損失と装置の冷却能力
でサイズが決定されることが多い。
【0010】しかしながら、商用電源、いわゆる入力電
源電圧が高い場合や、交流電動機が回生モードで運転さ
れる場合、直流電源電圧が上昇し、一定の周波数でスイ
ッチングされるときには、スイッチング損失は、その周
波数と直流電源電圧に比例し増加するために、通常運転
中よりも損失が増加し、熱損失が増加する。
【0011】これを防止するために、本発明によれば、
スイッチング損失の増加する運転モードでは、スイッチ
ング周波数を低くし、損失を低減することで、装置の破
損を防止し、効率的な装置の設計を可能にする。
【0012】実際には、直流電源電圧の値を監視し、ま
た出力の周波数や交流電動機の回転数に従い、ある一定
の関係を持たせてパワー素子のスイッチング周波数を制
御する。
【0013】
【実施例】図1は本発明の交流電動機の制御方式の一実
施例を示すブロック図であり、誘導電動機のベクトル制
御例を示す。
【0014】図中、1は被制御対象物で、加減速駆動さ
れる誘導電動機、2は誘導電動機の回転軸に取り付けら
れた、誘導電動機の帰還速度を検出するための速度検出
器、3は速度検出器2で検出された帰還速度の周波数信
号を電圧に変換するための速度信号変換器、4はスリッ
プ周波数補正カウンタ、5は速度制御器、6はスリップ
周波数2次抵抗温度補正回路、7はベクトル演算器、8
は直交2相−交流3相変換器、9は電流制御器、10は
PWM制御器、11はキャリア周波数制御器、12は絶
対値演算器、13はトルク分スリップ周波数の極性判別
器、14はトルク分スリップ周波数の電圧−周波数変換
器、15は磁束分電流設定器、16は周波数演算用関数
器、17は制御信号を電力に変換するためのパワーユニ
ット、19は温度検出器である。
【0015】誘導電動機1のすべり周波数型ベクトル制
御は、速度指令値(SPEED REF)と、速度信号
変換器3からの速度帰還信号を、速度制御器5で演算
し、演算した値(出力)をトルク分電流指令として、ベ
クトル演算器7および極性判別器13に供給する。
【0016】スリップ周波数2次抵抗温度補正回路6
は、誘導電動機のスリップ周波数2次抵抗の温度変化分
を補償するための回路であり、誘導電動機に設けられた
温度検出器19から温度情報が入力される。補正回路6
の出力は、絶対値演算器12、電圧−周波数変換器14
を経由して、スリップ周波数信号ωs として、スリップ
周波数補正カウンタ4に入力される。スリップ周波数補
正カウンタ4では、極性判別器13の出力に基づき、電
圧−周波数変換器14の出力と、速度検出器2からの回
転速度信号ωr との加減算を行い、誘導電動機の一次電
気角周波数指令として、周波数演算用関数器16を経
て、サイン波形とコサイン波形の重みを持って出力され
る。
【0017】周波数演算用関数器16の出力信号は、ベ
クトル演算器7へ送られ、速度制御器5の出力、即ちト
ルク分電流指令と、磁束分電流設定器15で設定された
磁束分電流指令をベクトル演算するためのベクトル角指
令値となる。
【0018】こうして得られた直交2相のトルク分電流
指令と磁束分電流指令は、直交2相−交流3相変換器
8、電流制御器9を経てPWM制御器10へ送られる。
【0019】PWM制御器10では、電流制御器9の出
力信号と、キャリア周波数制御器11から出力された三
角波信号とを比較し、任意のパルス幅を持った、周波数
信号として出力する。
【0020】この周波数信号はさらに、パワーユニット
17に送られ、インバータ回路内のパワー素子をスイッ
チングする信号となる。
【0021】図2にパワーユニット17の詳細ブロック
を示す。21は交流の商用電源を直流電源に変換するた
めのコンバータ回路、22はコンバータ回路を構成する
整流素子、23は直流電源を平滑化するためのコンデン
サ、24は直流電源からの交流の出力を取り出すための
インバータ回路である。通常、インバータ回路には半導
体のパワー素子25が用いられ、これにはトランジスタ
やIGBTが多用されている。
【0022】これらのパワー素子は、PWM制御器10
の出力信号に応じて、任意のパルス幅でスイッチング動
作を行うことで、誘導電動機1を駆動するための電力を
任意に出力している。
【0023】従来の技術で説明したように、商用電源の
電圧が高い場合、交流電動機が回生モードで運転された
場合、パワー素子のスイッチング時に発生する熱損失が
増加し、また、低速時には、特に出力周波数がゼロ近傍
になる場合には、直流電流が流れ、ある特定のパワー素
子に電流が集中し、スイッチングによる熱損失が増加
し、パワー素子が破損することがある。
【0024】このようなパワー素子の破損を防止するた
め、本発明では、キャリア周波数演算器18を付加して
いる。このキャリア周波数演算器18は、パワーユニッ
ト17の直流電源電圧レベルを検出する一方、スリップ
周波数補正カウンタ4の出力から、一次電気角周波数を
検出し、一定の処理をした後、これらの信号とスイッチ
ング周波数に一定の関係を持たせるための信号としてキ
ャリア周波数制御器11へ送られ、スイッチング損失が
大きくなる状態、即ち、回生モード時や入力電圧が高い
場合には、スイッチング周波数を小さくし、損失を一定
にする。
【0025】図3は、キャリア周波数制御器11および
キャリア周波数演算器18の詳細ブロック図である。キ
ャリア周波数演算器18において、31,32は正極性
出力比較演算器、33は加減算演算器、34は制御周波
数レベル設定器、35は制御電圧レベル設定器である。
またキャリア周波数制御器11において、37は基本キ
ャリア周波数設定器、38は減算演算器、36はキャリ
ア周波数発生器である。
【0026】キャリア周波数演算器18の入力端子41
に取り込まれた、スリップ周波数補正カウンタ4の出力
である一次電気角周波数信号は、正極性出力演算器31
で制御周波数レベル設定器34で設定された信号と比較
演算され、この周波数レベル設定値よりも小さい入力時
には、小さい分にある一定の比率を掛けた後、出力され
る。一方、キャリア周波数演算器18の入力端子42に
取り込まれた、図2のパワーユニット17の直流電源電
圧信号は、正極性出力比較演算器32で、制御電圧レベ
ル設定器35で設定された信号と比較演算され、入力値
が大きい場合には、その大きい分にある一定の比率を掛
けた後、出力される。これらの二つの入力信号は、加減
算演算器33で加算された後、キャリア周波数制御信号
として、キャリア周波数制御器11に送られる。
【0027】キャリア周波数制御器11では、加減算演
算器38で、基本キャリア周波数設定器37の設定値と
演算し、その制御出力がキャリア周波数発生器36に送
られる。キャリア周波数発生器36は、この入力される
値に応じて、その出力周波数が決定される構成となって
おり、パワー素子の熱損失が大きい運転状態では、出力
周波数を減少させる方向に制御する。
【0028】以上の実施例では、パワーユニット17の
直流電源電圧と、交流電動機1の回転速度およびスリッ
プ周波数から一次電気角周波数とを監視して制御してい
るが、いずれかの制御のみを採用することも有効であ
る。
【0029】図1において、速度制御器5の出力の極性
で、通常、一般に知られるカ行運転モードか、本発明の
制御対象モードである回生モードかを判別できることに
着目し、極性判別器13の出力で、回生モードを判別
し、スイッチング周波数を一定の比率分だけ減らすこと
で同様の効果を発揮させることもできる。
【0030】また、図3の回路例では、スリップ周波数
補正カウンタ4の出力、即ち一次電気角周波数信号の信
号レベルに着目し、スイッチング周波数を制御する方式
を提案しているが、一次電気角周波数信号を間接的に、
交流電動機の回転数から検出し、スリップ周波数の値と
演算しつつ制御することも有効な手段である。
【0031】以上の実施例では、アナログ回路やデジタ
ル回路を用いた実施例をもとに説明したが、本発明をソ
フトウェアにより実現することも可能である。
【0032】
【発明の効果】本発明によれば、パワーユニットのパワ
ー素子のON−OFFに伴うスイッチング損失は、キャ
リア周波数発生器の出力周波数に比例して増減する為
に、装置の熱損失を減少、あるいは一定に保つことがで
き、装置の破損や無駄な容量の設計を防止できる。
【0033】また本発明の交流電動機の制御方式は、一
定のスイッチング周波数のみならず、一般に知られる電
圧ベクトル方式のキャリア可変型の制御にも、熱損失を
防止するという観点から採用することができる。
【0034】また本発明の交流電動機の制御方式は、一
般に知られている汎用のインバータや同期電動機を駆動
するための制御装置にも採用することができる極めて幅
の広い画期的な制御方式である。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の一実施例を示す回路図である。
【図2】パワーユニットの一例を示す回路図である。
【図3】キャリア周波数制御器およびキャリア周波数演
算器の詳細な回路図である。
【符号の説明】
1 誘導電動機 2 誘導電動機の速度検出器 3 周波数−電圧速度信号変換器 4 スリップ周波数補正カウンタ 5 速度制御器 6 スリップ周波数2次抵抗温度補正回路 7 ベクトル演算器 8 直交2相−交流3相変換器 9 電流制御器 10 PWM制御器 11 キャリア周波数制御器 12 絶対値増幅器 13 トルク分スリップ周波数の極性判別器 14 周波数演算用関数器 15 磁束分電流設定器 16 パワーユニット 19 温度検出器 21 コンバータ回路 22 整流素子 23 平滑コンデンサ 24 インバータ回路 25 パワー素子 31 正極性出力演算器 32 正極性出力演算器 33 加減算演算器 34 制御周波数レベル設定器 35 制御電圧レベル設定器 36 キャリア周波数発生器 37 基本キャリア周波数設定器 38 減算演算器

Claims (4)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】商用の交流電源を直流電源に変換する変換
    器と、 得られた直流電源を平滑化する平滑回路と、 半導体のパワー素子で構成され、平滑化された直流電源
    を逆変換し、任意の交流電圧,電流を得る逆変換器と、 前記パワー素子をパルス幅変調方式により任意の周波数
    でスイッチングする手段と、を備えることを特徴とする
    交流電動機の制御方式。
  2. 【請求項2】前記パワー素子を任意の周波数でスイッチ
    ングする手段は、平滑化した直流電源電圧の値に応じて
    スイッチング周波数を可変することを特徴とする請求項
    1記載の交流電動機の制御方式。
  3. 【請求項3】前記パワー素子を任意の周波数でスイッチ
    ングする手段は、交流電動機の回転速度や一次電気角周
    波数もしくは供給する出力電圧の大きさや、出力電圧ま
    たは出力電流の周波数の値に応じてスイッチング周波数
    を可変することを特徴とする請求項1記載の交流電動機
    の制御方式。
  4. 【請求項4】前記パワー素子を任意の周波数でスイッチ
    ングする手段は、平滑化した直流電源電圧の値と、交流
    電動機の回転速度や一次電気角周波数もしくは供給する
    出力電圧の大きさや、出力電圧または出力電流の周波数
    の値とに応じてスイッチング周波数を可変することを特
    徴とする請求項1記載の交流電動機の制御方式。
JP6170660A 1994-07-22 1994-07-22 交流電動機の制御方式 Pending JPH0837789A (ja)

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7038415B2 (en) 2003-03-10 2006-05-02 Denso Corporation Motor driving device
US9991834B2 (en) 2012-04-26 2018-06-05 Emerson Climate Technologies, Inc. System and method for permanent magnet motor control

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Effective date: 20010109