JPS58175994A - 整流ブリツジを制御する方法 - Google Patents

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】 ｌ」丸ｔｒｉ この発明は全般的に直流電動機駆動装置、更に具体的に
云えば、電動機電流の著しいサージを招くことなく、大
トルクに対する需要に速やかに応酋し得る様に用意した
状態に駆動装置をおく為に、実質的に無負荷（トルクな
し）の動作様式で動作づる高性能直流電動機を制御する
方法に関する。

勿論、直流電動機駆動装置は非常にいろいろな種類のも
のがあり、その多くは電動機に電流を供給する為に制御
整流器（例えばシリコン制御整流器）ブリッジを使って
いる。電動機の両方向運転を希望する時、この様な２つ
のブリッジ（これは普通順方向及び逆方向ブリッジと呼
ぶ）を逆並列に接続して、電動機の希望する回転方向に
応じて電動機に何れの向きにも電流を供給し得る様にす
る場合が多い。

こ）で説明する様な種類の直流電動機駆動装置に共通の
別の特徴は、電動機の所望の動作レベルを表わす指令信
号と電動機の端子電圧を表わす帰還信号とを受取る積分
回路を使うことである。これらの２つの信号を組合せて
、その組合せの積分出力が電動機に供給される電力を制
御する信号として作用する。この積分は装置を安定化す
るのを助けると共に、電動機電流の変化率を制限する傾
面がある。積分回路だＧノを使っても、全体的な意味で
、装置に安定性が得られるが、電動機の負荷が非常に軽
い時（即ち、負荷に対して殆んど或いは全くトルクを供
給していない時）、成る種の不安定性を招く。この様な
軽負荷状態で起り得る状態として、積分回路はドリフト
する傾向があり、この為ブリッジ制御回路に対して誤っ
た指令信号を供給する傾向がある。このドリフトを防止
する公知の１つの方法は、順方向及び逆方向ブリッジ交
互に電動機に非常に大きさの小さい電流を供給する様に
、ブリッジの整流器を点弧（導電させること）をプログ
ラムすることである。この様に順方向及び逆方向ブリッ
ジを交互に点弧すると、積分器が適切に安定化し、性能
の低い装置に対してよく作用する。然し、電動機の運転
に急速な変化が必要な高性能の装置では、−一　　　　
　・　、こういう問題が起り得る。これは、どちらのブ
リッジを次に点弧するかの決定を、適正な点弧角を計算
することが出来る位の時間で下さなければならない様な
ディジタル形装置の場合、特にそうである。ブリッジが
この様に交互に点弧する様式にある時に起る問題として
、点弧回路を左右する電圧指令信号が、電動機に更に大
きいトルクを必要とする時までは、ゼロ・トルク・レベ
ルの近くにある。ブリッジの実際の導電を制御する点弧
回路が、指令信号が要請している方向とは反対の方向に
セルを点弧リ−る行動に出たばかりである場合、この行
動の起った方向に別の点弧が行なわれるまで、実際の指
令電圧に応答することが出来ない。

即ら、行動を起した方向を表わすブリッジが最初に点弧
してから、所望の方向の電流を供給するブリッジが点弧
を許される。

この様な中間期間の間、前に説明した積分回路がその積
分動作を続け、それに要する比較的長い期間は、積分値
が所望のブリッジの点弧によって過大な電流を指示する
程大きくなることがある。

この結果生ずる電流が、ヒユーズを飛ばしたり或いはブ
リッジのサイリスタを破壊すると云う損傷を起づ゛稈大
きくなくても、、一層小さい電流を指示□ する電流応答を招き、装置全体は振動状態に追い込まれ
、これは最終的には過電流による故障を招く惧れがある
。

発Ｊト生ｌ」妃 従って、この発明の目的は、改良された直流電動機駆動
装置の制御方法を提供することである。

別の目的は、高性能の両方向直流電動機駆動装置に対す
る制御方法として、安定であると共に、所要トルクが非
常に低い期間の間、逆転様式で動作する制御方法を提供
することである。

別の目的は、所望トルクの小さい時に逆転する形式の直
流電動機駆動装置に、一層大きなトルクの電動機出力へ
の速やかな切換えが出来る様な形で、電動機に電力を印
加する方向きめ方法を提供することである。

別の目的は、低トルク様式で直流電動機を制御する方法
として、大きな電流サージや故障状態を招くことなく、
大トルクの動作様式に切換えることの出来る方法を提供
することである。

この発明では、上記並びにその他の目的が、ブリッジの
動作を指示づる信号が方向が変化していて、その為に最
後に点弧した変換器からの電流を増加させる場合、ブリ
ッジの反転方式を許さない様な５式によって達成される
。即ち、電動機電流が不連続様式にある時、指令信号を
、ブリッジを導電させるのに最後に使った信号の指標と
比較し、この比較（差を求める）の結果として、比較に
基づいて、１つのブリッジを導電させることの可否を決
定する評価を下す。

この発明は特許請求の範囲に具体的に記載しであるが、
この発明は以下図面について説明する所から、更によく
理解されよう。

１鳳」）ｄ転 第１図には電動機負荷１０に対する逆転形電源が示され
ている。これは、線路し＋　、　１２　、１３で表わし
た３相交流源に苅して逆並列に接続された２つの制御整
流器ブリッジ（Ｍ方向及び逆方向）で構成される。第１
図では、各々の制御整流器（以下サイリスタと呼ぶ）が
３つの記号から成る符号で表わされる。この符号が、ブ
リッジに対する正又は負の関係、源に対する接続、並び
に順方向ブリッジに属するか逆方向ブリッジに属するか
を表わす。例えば、３つの記号から成る符号Ｎ１Ｒは、
このサイリスタがブリッジの負の半分にあり、線路Ｌ１
に接続され−Ｃいて、逆方向ブリッジに属することを意
味する。同様に符号Ｐ２Ｆは、この特定のサイリスタが
ブリッジの正の半分にあり、線路Ｌ２に接続されていて
、順方向ブリッジに属することを意味する。周知の様に
、ブリッジの種々のサイリスタが点弧する（導電させら
れる）時刻を入力の交流源の位相に対して制御づること
により、電動機負荷１０に対する電力の大きさ並びに方
向を制御して、直流電動機を所望の速度で何れの向きに
も回転させることが出来る。この種のブリッジ動作は基
本的には周知であるから、これ以上説明する必要はない
と思われる。

第２図にはこの発明を利用し得る典型的な制御方式が示
されている。第２図に示す場合、電動機負ｖＪｈｏには
両方向電力変換器１２から端子電圧Ｅｏが供給される。

この電力変換器は第１図に示した２つのブリッジであっ
てよい。図示の様に、変換器１２が線路Ｌ＋　、Ｌ２　
、Ｌ３から交流電力を受取ると共に、点弧回路１４によ
って制御され適当なマイクロプロセッサ１６（例えばイ
ンテル８７４８マイクロプロセツサ〉を含んでいて、こ
れが人力信号（後で説明する）に応答して、ゲート回路
１８に印加される適当な信号を発生し、これらの回路か
ら線２０に出る出力が変換器１２内にあるサイリスタの
種々のゲート電極に印加される様になっている。この種
の動作は周知であり、普通、位相制御と呼ばれる。マイ
クロプロセラυ部分は、入力線路Ｌ＋　、１２．１３の
電圧に対吏るサイリスタの点弧の適当な時刻を計算して
、電動機に所望の電力を供給する様にプログラムされる
。第２図で、点弧時刻を制御する信号はＶＦＣと記され
ており、適当な積分回路２２の出力として点弧回路１４
に印加される。

積分回路２２が適当な源から指令信号を受取る。

この実施例では、この源が制御装置２４として示されて
おり、これが線２８に指令信号を発生４る。

この場合、指令信号は電動機に対す−る所望の電圧に比
例する値を持つ電圧信号である。線２８の信号が抵抗３
０を介して演算増幅器２６の反転入力に印加される。演
算増幅器２６の出力と反転入力の間にコンデンサ３２が
接続されていると共に、抵抗３４を介してその反転入力
に第２の信号を受取る。公知の様に、演算増幅器２６の
出力、即ら積分回路２２の出力（制御信号ＶＦＣ）は、
抵抗３０．３４を介して印加された入力の積分である。

電動機の端子電圧ＥＤを表わす帰還信号が取出され、こ
の電圧が適当な隔離回路３６に印加される。

図示の様に、信号Ｅｏが２つの抵抗３８．４０を介して
演算増幅器４２の反転及び非反転入力に印加される。非
反転入力は抵抗４４を介して大地にも接続されている。

帰還抵抗４６が演算増幅器４２の出力と反転入力の間に
接続されている。この為、隔離回路３６の出力である線
４８には、電動機の端子電圧に比例する信号が現われ、
この信号が抵抗３４を介して演算増幅器２６に印加され
る。

第２図に示した所から、積分回路２２が人力２４からの
指令信号を受取ることが理解されよう。

（手動で操作し得る入力を図に示したが、勿論、この入
力は他の論理回路、計算機又は調整器段の様な任意の適
当な源から取出づ−ことが出来る。）この指令信号が節
３３で、電動機の端子電圧に比例する帰還信号と組合さ
れ、この組合せ信号が積分されて、制御信号ＶＦＣとな
る。信号ＶＦＣがディジタル数に変換されて点弧回路１
４のマイクロプロセッサ１６に印加され、マイクロプロ
セッサはこの信号を任意の許容し得る公知の形式で（例
えばバイアスつき余弦点弧方式で）利用して、ゲート回
路１８を制御する。このゲート回路が変換器１２のサイ
リスタの点弧を制御する。

これ迄の説明から判る様に、この発明は電動機電流が不
連続である時にだけ用いられる。不連続電流を判定する
１つの方法は、変換器１２を電動機負荷１０に接続する
線の途中に何等かの電流感知装置を入れることである。

然し、この様な電流感知装置は非常に高価である場合が
多く、今の場合の様に、感知しようとする電流が非常に
小さく、負荷が誘導性である為に、大きな過渡電圧を持
つ傾向がある場合、特にそうである。不連続電流を判定
づ−る別の１つの方法は、ブリッジ内の全てのサイリス
タが非導電である時を感知することである。この作用を
遂行するのに適した１つの手段が第３図に示されている
。

第３図に示す様に、１対のサイリスタ（例えば１対のサ
イリスタＮ３Ｒ及びＰ３Ｆ）の両端の電圧が差動増幅回
路５０に印加される。回路５０は演算増幅器５２を含み
、その出力及び反転入力の間に帰還抵抗５４が接続され
ている。２つのサイリスタの両端の電圧が、適当な倍率
抵抗５６．５８を介して、演算増幅器の入力に夫々印加
される。

増幅器５２の非反転入力は抵抗６０を介して大地にも接
続されている。差動増幅回路５０の出力が絶対値回路６
２に印加される。絶対値回路６２は従来の典型的なもの
である。即ち、回路６２の出力（線６３）は、差動増幅
回路５０によって感知したサイリスタの電圧が、何れの
サイリスタＮ３Ｒ及び１〕３Ｆも導電していないことを
表わづのに十分な大きさの値である時には、何時ぐも適
当な大きさの正の信号になる。線６３の信号が適当な比
較回路（これも演算増幅器形の差動増幅器であっＣよい
）の一方の入力となる。この比較回路は、サイリスタＮ
３Ｒ及びＰ３Ｆのどちらも導電していない時に線６３に
出る信号に対応する大きさを持つ閾値電圧を第２の入力
として受取る。この為、線６３の出力がこの閾値を越え
る時には、何時でも比較回路７４が正の出力信号を発生
して、適当なフリップフロップ（申安定マルチバイブレ
ータ）７６のセット入力（Ｓ）に印加し、このフリップ
フロップをセット状態にする。フリップフロップ７６の
リセット端子Ｒがマイクロプロセッサ１６（第２図）か
らリセット信号を受取る。マイクロプロセッサからのリ
セット信号は、変換器１２（第２図）に対して点弧信号
が供給される度に発生される。従って、変換器１２の何
れかのサイリスタを相次いで点弧する合間の時間に、２
つのサイリスタの両端の電圧が特定された閾値を越え−
ｃ１両方のサイリスタが同時に非導電であることを表わ
す時、フリップフロップ７６がセットされ、フリップ７
０ツブＱ出力が２進０になることが判る。

変換器１２の各対のサイリスタが、第３図に示す様な導
電状態検出器を持つ。この為、マイクロプロセッサ１６
は、この様な６個の検出器全部を見ることにより、６つ
のフリップフロップの夫々の６出力を見ながら、所定の
期間の間、全てのサイリスタが非導電であることを判定
することが出来る。全てのσ出力が２進Ｏであれば、こ
の期間の間、電流が不連続であったことになる。

この発明を用いる適当な背景を説明したので、次に第４
図及び第５図と明細書の終りに付した表へとについて説
明づる。

最初に第４図について説明すると、上側のグラフは線路
Ｌ＋　、１２．１３の相聞電圧を細い線で示し、電動機
の端子電圧を太い線で示す。この特定の場合、相聞電圧
に対する電動機の端子電圧の位置の為、電動機が回転し
ていることが判る。

（電動機が動かなければ、点ｔ４より左側の端子電圧は
ゼロ軸に沿っている。）時刻１５より前に、電動機から
は実質的に何回トルクが供給されない。

第４図の真中のグラフは制御電圧ＶＦＣであり、下側の
グラフは電動機ＩＭである。ｔｏから１４までの期間に
は、これ迄説明した所に従って、電動機に対し非常に小
さな電流パルスが交互の方向に印加されていることが判
る。

各々の時刻ｔｌに、次に述べる様な事象が起る。

最初に、マイクロプロセッサ内の割込みタイマがセット
されて、成る経過時間の後に割込みを発生ずる。この発
明の特定の１実施例では、この期間が時刻ｔ１から電気
角で約２７°後である。この期間は、電流が不連続にな
ることが起るとすれば、こういう電流を不連続状態にす
るのに十分にし、然もマイクロプロセッサが、必要な場
合、進み点弧角を計算するのに適切な時間が得られる位
に早期に選ぶ。更に、各々の時刻ｔ１に、制御電圧ＶＦ
Ｃを適当なアナログ・ディジタル変換器（図に示しでな
い）から読取り、その値を記憶位置ＶＲＲＯＬＤ　（付
表Ａ参照）に貯蔵する。更に、第１図の変換器１２内の
選ばれたセルをそれまでに計韓した点弧角に従って点弧
し、図示の小さな電圧パルスを発生し、サイリスタ感知
フリツプフロツプ７６（第３図）をリセットする。

各々の時刻１２に、次に述べる事象が起る。先づサイリ
スタ感知フリップフロップを読取る。この時電流が連続
していなければ、フラグをセットして不連続動作を表示
する。（このフラグは単に特定された記憶位置の特定の
ビットであってよい。

）更にこの時、指令電圧ＶＦＣを再びアナログ・ディジ
タル変換器から読取って、どのサイリスタを点弧するか
並びに点弧時刻の計算を開始する。

この点弧時刻情報を使って、次の点弧用割込み（これは
時刻　ｔ３に起る）に対して計数器に装入する。この動
作様式（一定のＶＦＣ）では、時刻ｔ３は時刻　１１が
発生してから電気角で約６０’後に発生する。感知フリ
ツブフ［］ツブを再びリセットする。

（３と記した全ての時刻に、全てのｔフイリスタ感知フ
リツプフツブを読取る。全てのサイリスタがオフであれ
ば、即ち、全てのＱ出ツノが２進ＯぐあっＣ１不連続フ
ラグがセットされていれば、この時逆転を許す。全ての
りイリスタがオフであると表示されない場合、即ち、不
連続フラグがセ・ントされていへい場合、電流は不連続
ではな力〜つ１このであり、通常のサイリスタの点弧が
必要である。

逆転を許す場合、次にこの発明の方向きめ論理を実行す
る。指令信号ＶＦＣをアナログ・ディジタル変換器から
読取って、位置ＶＲＲＯＬＤにあるＶ、・の貯蔵された
値と比較する。（シしＧ・（直（よ、プログラムの次の
パスで、位置ＶＲＲＯＬＤに貯蔵される。）ＶＦＣの新
しい読み（ＶＲＲ）と位置ＶＲＲＯＬＤにある前に貯蔵
した値との間の差が信号△ＶＦｃ′ｃあり、次の判定を
下１為にこれを評価する。

１）へＶＦＣ＝Ｏ１逆転を訂づ ２）八ＶＦＣが正であって方向が順方向である。

逆転せず、Ｉｉ’ｉ］じ方向のセルヶ点弧する。方向が
逆方向であれば、逆転を行なう。

３）△ＶＦｃが負であって方向が逆方向である。

逆転しない。方向が順方向であれば、逆転を行なう。

時刻ｔ４より左の状態では、信号ＶＦＣの変化がゼロで
あり、従つＣ逆転を訂した。、時刻ｔ４に、信号ＶＦＣ
が正の向きに移動し始め、電動機からのトルク出力が必
要Ｃあることを表わす。この為、時刻ｔ５及びｔ６に、
不連続状態によって逆転をすることが出来るが、△ＶＦ
Ｃが増加していて方向が順方向であるから、方向ぎめ論
理は逆転を許さないことが判る。時刻ｔ６の後、電流が
連続的になり、順方向の点弧が普通の様に行なわれる。

第４図の下側のグラフは電動機電流を示づ。最初の２回
の時刻ｔ１の各々の時、電動機に対して反対り向の小さ
い電流が供給されるが、時刻１５より後、電動機電流が
増加し始め、時刻ｔ６より後には連続的になることが判
る。

第５図のチャー１〜は七に述べた動作を例示しでおり、
上側の１［１ツクで、△ＶＦＣの値がもｌ韓されること
が判る。次に△ＶＦＣがゼロであるがどうかが判定され
、ゼ］」であれば、＋ｉＱに述べた逆転を許づ。ゼロで
なければ、相対的な極性部ら正が負かに応じＣ１一方又
は他方のブランチを通っ（、方向の判定１０ツクに行く
。（方向とは、最後に点弧したブリッジを指す。）これ
らの判定ブロックの出力に従って、逆転を訂し又は許さ
ない。何れの場合も、ＶＦ、’ｃの値が点弧角を決定し
、順方向又は逆り向ブリッジのどちらを使うかの判定は
この発明に従って下される。

イ」表Ａは、インテル８７４８マイ゛クロプロセツサを
用いたこの発明の実施例で使われた実際のブ【」グラム
を示Ｊ０このプログラムの直ぐ下に示した記号は、プ［
］グラムに使われた用語である。

現在この発明の好ましい実施例と思われるものを図示し
且つ説明したが、当業考にはいろいろな変更が考えられ
よう。従って、この発明がこ）に図示し且つ説明した特
定の方法に制約されるものではなく、特許請求の範囲の
記載に含まれるこの発明の範囲内で、種、々の変更が可
能であることを承知されたい。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来す１１　Ｊ（す的に？ｊなわれＣいる様イ
τ、？１＜動機に市゛流を供給りる逆並列に接続しＩこ
２）の整流器ブリッジを小弓回路図、第２図はこのｉｔ
明を利用し得る様／、トリ１！型的な電動機駆動装置を
一部分ゾ［１ツク図Ｃ示す回路図、第３図はこの発明に
使うことの出来る様な、不連続電流を検出づる為（５利
用し１１１６１つの６式を示り回路図、第４図【まこの
発明を説明りる為のグラフ、第５３図はこの発明の好ま
しい実施例に使われる基本的’ｃＥ　／］法を例小づる
ノ【１−ＬヤードＣある。 −１−な符号の説明 １０：電動機 １２：電力変換器 １４：貞弧回路 ２２：差動増幅回路 ２４：制御装置 ３６　：隔Ｈ回路 ＦＩＧ、１ 矛先く ＦＩＧ、５

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １）低トルク状態では電動機に対して交互に電流を供給
   する様に制御される第１及び第２の整流ブリッジを介し
   て３相交流源から電動機に対して電動機電流を供給する
   様な形式の直流電動機駆動装置に用いて、前記ブリッジ
   を制御する方法に於て、電動機の所望の動作レベルを表
   わす指令信号を発生し、電動機の端子電圧に比例する帰
   還信号を発生し、前記指令信号及び前記帰還信号を組合
   せて組合せ信号を取出し、該組合せ信号を積分して制御
   信号を発生し、電動機電流が不連続であるかどうかを判
   定し、該電動機電流が不連続である場合、第２のブリッ
   ジを導電させた後に第１のブリッジを次に導電させても
   よいかどうかを判定し、該判定する工程は、最後に導電
   させた第２の整流ブリッジの指標を保ち、前記第２のブ
   リッジが最後に導電させた大体の時刻並びにその後の時
   刻に於ける前記制御信号の値の差を決定し、前記保持し
   た指標並びに前記制御信号の値の差に基づいて、前記第
   １のブリッジを次に導電させることの可否を評価する工
   程から成り、更に、前記判定する工程によって可と判定
   された場合にだけ、前記第１のブリッジの導電を許す工
   程から成る方法。 ２、特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、各々の
   ブリッジが複数個の制御整流器を含み、電動機電流が不
   連続であるかどうかを判定する工程は、交流電流源の位
   相に対して少なくとも１つの所定の時刻に、該ブリッジ
   の全ての整流器が非導電状態にあるかどうかを決定する
   工程から成る方法。 ３）特許請求の範囲１）に記載した方法に於て、前記第
   １のブリッジを導電させることの可否を評価する工程が
   、前記制御信号の値の変化の方向を決定し、該変化の方
   向がゼロであるか、又は前記第１のブリッジを導電させ
   ることによって達成される電動機電流の方向に対応する
   場合、前記第１のブリッジを導電させることを可と決定
   することから成る方法。 ４）特許請求の範囲１）又は３）に記載した方法に於て
   、前記制御信号の値の差を決定する時、前記後の時刻が
   、前記第２のブリッジを最後に導電させてから電気角で
   約６０°後である方法。 ５）直流電動機に順方向及び逆方向電流を選択的に供給
   する順方向及び逆方向制御整流器ブリッジを含んでいて
   、前記電動機が実質的に小さいトルクを供給する動作様
   式にある時、前記順方向及び逆方向ブリッジが交互に導
   電させられて大きさの小さい電流を前記電動機に供給す
   る様な形式の直流電動機駆動装置に用いて、前記逆方向
   ブリッジを最後に導電させた後、前記順方向ブリッジを
   安全に作用させることが出来るかどうかを決定する方法
   に於て、電動機の所望の動作レベルを表わす指令信号を
   発生し、電動機の端子電圧に比例する帰還信号を発生し
   、前記指令信号及び前記帰還信号を組合せて組合せ信号
   を取出し、形相合せ信号を積分して制御信号を発生し、
   電動機電流が不連続であるかどうかを判定し、前記逆方
   向ブリッける制御信号の値の差を決定し、前記値の差が
   実質的にゼロであるか或いは正の値を持つ場合、前記順
   方向ブリッジを作用させることを許す工程から成る方法
   。 ６）特許請求の範囲５）に記載した方法に於て、前記制
   御信号の値の差を決定する時、前記後の時は、前記逆方
   向ブリッジを最後に導電させてから電気角で約６０°後
   にする方法。 ７）直流電動機に対して順方向及び逆方向電流を選択的
   に供給する順方向及び逆方向制御整流器ブリッジを含ん
   でいて、前記電動機が実質的にトルクを供給しない動作
   様式にある時、前記電動機に対して大きさの小さい電流
   を供給する為に前記順方向及び逆方向ブリッジを交互に
   導電させる形式の直流電動機駆動装置に用いて、前記順
   方向ブリッジを最後に動作させた後、前記逆方向ブリッ
   ジを安全に作用させることが出来るがどうかを決定づる
   方法に於て、電動機の所望の動作レベルを表わす指令信
   号を発生し、電動機の端子電圧に比例づる帰還信号を発
   生し、前記指令信号及び前記帰還信号を組合せて組合せ
   信号を取出し、形相合せ信号を積分して制御信号を発生
   し、電動機電流が不連続であるかどうかを判定し、前記
   順方向ブリッジを最後に導電させた大体の時とその後の
   時との間の制御信号の値の差を決定し、前記値の差が実
   質的にゼロであるか或いは負の値を持つ場合に、前記逆
   方向ブリッジを作用させることを許ず工程から成る方法
   。 ８）特許請求の範囲７）に記載した方法に於て、前記制
   御信号の値の差を決定づ−る時、前記後の時は、前記順
   方向ブリッジを最後に導電させてから電気角で約６０°
   後にする方法。