JPH1132496A - モータ制御装置 - Google Patents

モータ制御装置

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JPH1132496A
JPH1132496A JP9184792A JP18479297A JPH1132496A JP H1132496 A JPH1132496 A JP H1132496A JP 9184792 A JP9184792 A JP 9184792A JP 18479297 A JP18479297 A JP 18479297A JP H1132496 A JPH1132496 A JP H1132496A
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幸雄 川端
Yasuo Notohara
保夫 能登原
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Abstract

(57)【要約】 【課題】PWM制御とPAM制御可能なモータ駆動装置
において、加減速に要する時間を短縮し速度が安定した
状態では常に最大効率で動作するモータ駆動装置を提供
することにある。 【解決手段】指令速度とモータ速度の差によって定義さ
れる速度偏差を用い、速度偏差が正の場合には、前記二
つの速度制御構成を有効に活用して直流電圧を増加する
と共にモータ駆動回路の通流率を増加し、逆に速度偏差
が負の場合には、直流電圧を減少すると共にモータ駆動
回路の通流率を減少し、速度偏差が零の場合には、直流
電圧を減少すると同時にこれと同等の電力分だけモータ
駆動回路の通流率を増加する。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は、モータの回転数を
所望の回転数に制御するモータ制御装置及び、前記モー
タ制御装置を用いて圧縮機駆動用モータを駆動し室内の
空気調和を行う空調機に関する。
【0002】
【従来の技術】従来、直流電圧を制御する電源回路とモ
ータ駆動回路を組み合わせ、モータの速度制御を行うモ
ータ制御装置として特開昭61−10968 号公報や特開昭59
−181973号公報や特開昭63−224698号公報記載の方式が
あり、モータ駆動回路の通流率を可変してモータの速度
制御を行うPWM(Pulse Width Modulation)制御とモ
ータ駆動回路に供給する直流電圧を制御してモータ速度
制御を行うPAM(Pulse Amplitude Modulation)制御
をそれぞれある条件によって切替えてモータの速度制御
を行うものであった。
【0003】上記PWM制御とPAM制御の切替えは、
モータの速度や速度指令(周波数や周波数指令)や交流
出力電圧値もしくはモータ駆動回路の通流率などに関係
する値の設定値で行われている。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】上記従来方式中、モー
タの速度や速度指令(周波数や周波数指令)や交流出力
電圧値で切替えを行う場合には、PWM制御とPAM制
御の切替点(設定値)が予め決められているため、設定
した条件以外のモータ負荷や電源条件では切替時にモー
タの速度が急変するなどのショックが発生する。また、
負荷条件によっては設定値まで切替条件値が達しきれ
ず、制御方式が変更されずモータの速度制御自体が不可
能になることが予想される。
【0005】特に、インバータエアコンなどの一般機器
に適用した場合、負荷範囲が広く、電源変動幅も大きい
ため、上記従来方式では適用が難しい。
【0006】その他、モータ駆動回路の通流率で切替え
る方式も含め上記従来方式では、同時に二つの電力を可
変できる制御系を持ちながら、二つの制御系を切替えて
常に一つの制御系のみで速度制御を行うため、速度制御
に関して充分にその速度制御装置の特性を活用できな
い。ここでPWM制御とPAM制御を比較するとそれぞ
れ次のような特徴がある。
【0007】PWM制御は、パルス幅変調を用いている
ためPAM制御と比較してモータ速度制御に対する電圧
応答が高速であると同時に制御系が比較的簡便である。
【0008】PAM制御は、PWM制御と比較して1通
流期間中にスイッチング動作が伴わないため、スイッチ
ング素子の損失とモータの電流脈動による鉄損が抑制さ
れる。
【0009】本発明の目的は、PWM制御系とPAM制
御系を備えたモータの速度制御装置の特性を最大限に活
用し、切替時のモータ速度の急変や切替えができなくな
ることを防止すると共に、モータ制御の加減速レートの
向上と高効率なモータ制御装置を提供することにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的は、直流電圧の
増減を行うコンバータ回路と、前記コンバータ回路の出
力に接続されたインバータ回路と、前記コンバータ回路
の出力側の直流電圧値を検出する直流電圧検出回路と、
前記直流電圧検出回路の出力値と直流電圧指令値から直
流電圧値が直流電圧指令値になるように制御する直流電
圧制御手段と、前記インバータ回路のスイッチング動作
を制御しモータを駆動するインバータ制御回路と、前記
インバータ制御回路に通流率信号を出力しモータの速度
制御を行う第1の速度制御構成と、前記直流電圧制御手
段に直流電圧指令を出力しモータの速度制御を行う第2
の速度制御構成を制御する手段及びモータからなり、指
令速度とモータ速度の差によって定義される速度偏差を
用い、速度偏差が正の場合には、前記二つの速度制御構
成を有効に活用して直流電圧を増加すると共にモータ駆
動回路の通流率を増加し、逆に速度偏差が負の場合に
は、直流電圧を減少すると共にモータ駆動回路の通流率
を減少し、速度偏差が零の場合には、直流電圧を減少す
ると同時にこれと同等の電力分だけモータ駆動回路の通
流率を増加して、直流電圧を抑えモータ駆動回路の通流
率を大きくすることでスイッチング損失及びモータ電流
の脈動による鉄損を抑制する制御を行うことにより達成
できる。
【0011】
【発明の実施の形態】以下、本発明の第1の実施例を図
1から図5を用いて説明する。
【0012】図1は本発明に係る第1の実施例のモータ
駆動装置の全体構成図である。本実施例では、電源には
商用電源,モータの高速回転を実現するために昇圧型の
コンバータを用いた。そのため本駆動装置は、整流回路
及び昇圧チョッパ回路を用い、直流電圧の大きさを制御
するコンバータ回路2と、直流電圧を希望する電圧の交
流電源に変換するインバータ回路3と、速度指令に応じ
てブラシレス直流モータ4の速度制御を行うモータ制御
手段8と、ブラシレス直流モータ4の磁極位置を検出す
る位置検出回路9と、前記モータ制御手段8からの補正
直流電圧信号及びコンバータON/OFF信号に従い前
記コンバータ回路2を制御するコンバータ制御回路6
と、前記モータ制御手段8からのPWM信号及びドライ
ブ信号により前記インバータ回路3を駆動するドライバ
5と、交流電源1から入力される電源電流を検出し前記
モータ制御手段8に伝える電流検出回路7から構成され
ている。
【0013】前記モータ制御手段8は、位置検出回路9
からの位置検出信号に基づいてドライバ5へのドライブ
信号を出力する機能と、電流検出回路7より出力された
入力電流値を基にコンバータ制御回路6に入力するコン
バータON/OFF信号を出力する機能を有すると共
に、与えられた指令速度と前記位置検出回路9からの位
置検出信号を基に算出した速度から速度偏差を求め、こ
の速度偏差に応じて前記モータ制御手段8からPWM信
号及び直流電圧指令信号を各回路に出力して前記ブラシ
レス直流モータ4の速度制御を実現する。ここで、モー
タ制御手段8はマイクロコンピュータを用いており、モ
ータ制御手段8内での動作はすべてソフトウエア処理で
実現できる。
【0014】図2は、速度偏差を基に通流率指令Di*
直流電圧指令Ed*を決定するフローチャートである。
【0015】図3は、本発明の一実施例におけるPWM
/PAM制御動作説明図であり、t0〜t1で指令速度
=実速度(速度偏差は零),t1〜t2で指令速度>実
速度(速度偏差は正),t2〜t4で指令速度=実速度
(速度偏差は零),t4〜t5では指令速度<実速度
(速度偏差は負),t5以降は指令速度=実速度(速度
偏差は零)でその時の直流電圧とインバータ回路3の通
流率の変化を表している。
【0016】図2及び図3を用いて指令速度の増加・減
少に伴う通流率指令Di*と直流電圧指令Ed*の変化と直
流電圧,インバータ回路3の通流率及びモータの実速度
の動作について説明する。この時、通流率指令Di*の最
大値を100%,直流電圧指令Ed*の最小値を150V
とする。
【0017】図2のフローチャートにおいて、まず
(1)の速度偏差の正,負,零の判定を行う。この時図
3中のt0〜t1は、指令速度と実速度が同じで速度偏
差が零であるため、図2(2)の判定を行う。ここで直
流電圧指令値が150Vと最小であるため、通流率指令
Di*及び直流電圧指令Ed*は変更せず演算処理を終了す
る。この時モータに印加される電圧電流波形は、いわゆ
るPWM制御と同等である。図4は、PWM制御及びP
AM制御における一相のモータ端子電圧とモータ電流を
模式的に表したものである。PWM制御時は、一つの通
流期間内にスイッチング動作が繰り返されそれに応じて
モータに流れる電流に脈動が生じ、このスイッチング動
作によってスイッチング素子の損失が発生すると共にモ
ータ側には電流脈動によって鉄損が発生する。それに対
しPAM制御では、一つの通流期間内にスイッチング動
作がないためスイッチング動作によるスイッチング素子
の損失がなく、モータ側にも電流脈動によって鉄損は発
生しない。
【0018】次に図3中のt1において、実速度を上回
る指令速度が与えられると速度偏差が正となるため、図
2(6)以降の処理を行う。ここで実速度が指令速度に
到達するように通流率指令Di*及び直流電圧指令Ed*
増加する。この時、それぞれの指令値が最大値でない限
り通流率指令Di*及び直流電圧指令Ed*を同時に増加す
ることにより、PWM及びPAM制御を切替えて速度制
御する方法よりも早くモータが増速するため、指令速度
に到達するまでの時間を短縮できる。
【0019】図3(b)は、直流電圧指令Ed*と通流率
指令Di*の加減算量をそれぞれ同じ値にして本発明方式
とPWM/PAM切替方式との動作を比較したものであ
る。これより、本発明方式が切替方式よりも早く加減速
できることがわかる。
【0020】その後図3中のt2において、指令速度と
実速度が一致し速度偏差が零になると、直流電圧指令E
d*を減少すると同時にその減少電力に相当する通流率D
i*を増加させることによって、スイッチング損失を低減
すると共にモータ電流の脈動による損失が低減するよう
にコンバータ回路2とインバータ回路3を制御する。こ
の時の直流電圧指令Ed*と通流率Di*の増減量は、制御
上の安定性を上げるために図2(4)と(7),(11)
及び(5)と(9),(13)は異なる値にした。この時
の速度偏差正,負,零における増減値を同じ値にしても
同様の効果が得られる。
【0021】図3中のt3では通流率Di*が100%に
なり、図2(3)の判定後、直流電圧指令Ed*と通流率
Di*を変更することなくフローを終了し安定状態にな
る。この時モータに印加される電圧電流波形は、いわゆ
るPAM制御と同等で、一つの通流期間内にスイッチン
グ動作はなく、モータ電流の脈動も発生しない。
【0022】図3中のt4以降の減速時には、t1の加
速時と逆に直流電圧指令Ed*と通流率Di*を同時に減少
することによって、加速時同様、指令速度までの到達時
間を短縮し、t5以降では、直流電圧が最低値となるた
め、結果的にPWM制御を行う。
【0023】上記動作を繰り返してモータの加減速,安
定状態を実現する。
【0024】つまり、本発明の制御方式は、加減速時に
は二つの速度制御系における出力電力を同時に増減する
ことによって加減速時間を短縮し、速度偏差が零になっ
たら二つの速度制御系の一方を減少、もう一方を増加す
るような相反する制御を行うことによって速度制御装置
としての損失を低減し、高効率なモータの速度制御を実
現する。
【0025】尚、このアルゴリズムを用いれば必然的
に、図2(2)の判定で最終的な通流率が100%以内
の時には直流電圧は最小電圧に収束し、直流電圧が最小
値ではない時には、通流率は100%に収束する。この
ため、この直流電圧指令Ed*と通流率Di*の決定法は、
コンバータ部に昇圧型,降圧型,昇降圧型の全てに適応
でき、同様の動作と効果が実現できる。
【0026】また、本発明の制御方法を空調機の圧縮起
用モータに適応すれば冷・暖房時の立ち上がり時間を短
縮すると共に定常時には高効率な空調機を実現できる。
【0027】
【発明の効果】本発明によれば、PWM制御構成とPA
M制御構成の二つの速度制御構成を持ち、この二つの速
度制御構成を同時に制御することにより、加減速時間を
短縮すると共に定常時にはスイッチング損失とモータの
鉄損を低減し、高効率なモータ制御を実現できる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の第1の実施例に係るモータ駆動装置の
構成図である。
【図2】本発明の第1の実施例に係る直流電圧指令と通
流率演算のフローチャートである。
【図3】本発明の第1の実施例に係るPWM/PAM制
御動作説明図である。
【図4】本発明のPWM制御及びPAM制御時のモータ
端子電圧とモータ電流の模式図である。
【符号の説明】
1…交流電源、2…コンバータ回路、3…インバータ回
路、4…モータ、5…ドライバ、6…コンバータ制御回
路、7…電流検出回路、8…モータ制御手段、9…位置
検出回路。

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】直流電圧の増減を行うコンバータ回路と、
    前記コンバータ回路の出力に接続されたインバータ回路
    と、前記コンバータ回路の出力側の直流電圧値を検出す
    る直流電圧検出回路と、前記直流電圧検出回路の出力値
    と直流電圧指令値から直流電圧値が直流電圧指令値にな
    るように制御する直流電圧制御手段と、前記インバータ
    回路のスイッチング動作を制御しモータを駆動するイン
    バータ制御回路と、前記インバータ制御回路に通流率信
    号を出力しモータの速度制御を行う第1の速度制御構成
    と、前記直流電圧制御手段に直流電圧指令を出力しモー
    タの速度制御を行う第2の速度制御構成からなるモータ
    速度制御装置において、前記二つの速度制御構成を前記
    モータ速度と指令速度から求めた速度偏差に応じて同時
    に制御することを特徴としたモータ制御装置。
  2. 【請求項2】請求項1記載のコンバータ回路において、
    交流電源を直流に変換する整流回路及び平滑回路を備え
    たことを特徴としたモータ制御装置。
  3. 【請求項3】請求項1記載のコンバータ回路において、
    スイッチング素子のスイッチング動作により、直流電圧
    の昇圧,降圧或いは昇降圧の少なくともいずれか一つの
    機能を備えたことを特徴としたモータ制御装置。
  4. 【請求項4】請求項1記載のモータ制御装置において、
    入力電流を正弦波状に制御し力率の改善と高調波電流ひ
    ずみ抑制を行いながらモータの回転数を所望の回転数に
    制御することを特徴としたモータ制御装置。
  5. 【請求項5】請求項1記載のモータ制御装置において、
    モータに流れる電流脈動を低減すべく、速度偏差零の時
    に第1の速度制御系の通流率が最大でかつ第2の速度制
    御系の直流電圧値が最小になるように前記二つの速度制
    御系を制御することを特徴としたモータ制御装置。
  6. 【請求項6】請求項1から5記載のモータ制御装置を空
    調機の圧縮機駆動用モータの駆動装置に用いたことを特
    徴とした空気調和機。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002010672A (ja) * 2000-06-16 2002-01-11 Nec Corp スピンドルモータ駆動回路
JP2009144549A (ja) * 2007-12-12 2009-07-02 Max Co Ltd エアコンプレッサおよびモータ制御装置
JP2020088874A (ja) * 2018-11-14 2020-06-04 ファナック株式会社 昇圧部を有するモータ制御装置

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US11063505B2 (en) 2018-11-14 2021-07-13 Fanuc Corporation Motor control apparatus equipped with boosting unit

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