JPS58186398A - トルク検出回路 - Google Patents

トルク検出回路

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JPS58186398A
JPS58186398A JP57069755A JP6975582A JPS58186398A JP S58186398 A JPS58186398 A JP S58186398A JP 57069755 A JP57069755 A JP 57069755A JP 6975582 A JP6975582 A JP 6975582A JP S58186398 A JPS58186398 A JP S58186398A
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magnetic flux
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Kenji Hirose
広瀬 謙次
Tsuneo Kume
常生 久米
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Yaskawa Electric Corp
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Yaskawa Electric Manufacturing Co Ltd
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    • H02GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
    • H02PCONTROL OR REGULATION OF ELECTRIC MOTORS, ELECTRIC GENERATORS OR DYNAMO-ELECTRIC CONVERTERS; CONTROLLING TRANSFORMERS, REACTORS OR CHOKE COILS
    • H02P27/00Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage
    • H02P27/04Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage
    • H02P27/06Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters
    • H02P27/08Arrangements or methods for the control of AC motors characterised by the kind of supply voltage using variable-frequency supply voltage, e.g. inverter or converter supply voltage using dc to ac converters or inverters with pulse width modulation

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  • Power Engineering (AREA)
  • Arrangements For Transmission Of Measured Signals (AREA)
  • Control Of Ac Motors In General (AREA)
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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】 本発明は、交流電動機駆動用インバータの制御回路信号
を利用して被駆動交流電動機の発生トルクを演算する純
電気式トルク検出回路に関する。
従来、インバータ駆動による交流電動機のトルク検出に
おいては、インバータ出力側すなわち交流電動機の端子
電圧および電流を取り出して磁束演算し、さらにその磁
束と交流電動機電流との掛算によりトルクを検出してい
るが、これではインバータ出力が零サイクルおよび低周
波数領域において変圧器による電圧検出ができず、検出
精度が悪〈実施困難であった。
そこで、本発明は、PWM(パルス幅変調〕方式インバ
ータを使い、かつその指令信号(変調信号)が勢価的に
インバータ出力電圧すなわち交流電amの端子電圧と等
しくなる関係があることから、この指令信号と直流変流
器検出値である交流電動機電流との演算によりトルク検
出を行なうようにして上記問題点を解決するトルク検出
回路を提供することを、その目的とする。
その結果、交流電動機端子電圧検出トランスを要せず、
交流電動機主回路と制御指令部との絶縁上の問題点もな
くなり、経済的に有利に実施できる効果がある。
では、本発明をその実施例について説明する。
第1図は、本発明の構成の概要を要すブロック図である
/は交流商用電源、コは電圧検出用電圧変成器、Jはコ
ンバータ、ダは電圧検出用分圧抵抗器(電圧検出用電圧
変成器コに代えて適用される)、!はmインバータ、6
は電流検出用直流変流器、7は誘導電動機、gはインバ
ータ指令信号(質請信号)、9は電源電圧変動補償回路
、IOは磁束演算回路、l/は掛算回路、100は本発
明になるトルク検出回路である。
インバータ指令信号lを交流商用電源lの変動罠対応し
て電源電圧変動補償回路!で補償して誘導電動機7の端
子電圧vK相当する演算値を得て、この電圧Vと誘導電
動機7に流通する電流1の検出値とを導入して磁束演算
回路ioで誘導電動機7の磁束φを演算し、さきの電流
1とこの磁束φを掛算回路//で掛算して鱈導電動41
11e?の発生トルクT・を検出する回路である。
この実施例の工作機主軸駆動製雪へ適用した具 ′体的
回路構成図を第2図に表わす。
各図面において同一符号は同一もしくは相当部分を示す
ものとする。
第1図において、コO/は速度指令、コOjはトルク制
限指令、−LOJは単相交流電源、コ//は電圧検出回
路、 2/コはコンデンサ、213は抵抗、2/りはト
ランジスタ、  2/にはフ為−ズ、コ16はトランス
、2/7は制御用電源回路、コ/gは回生電力処理回路
、コlデはペースドライバ、コ20は電流検出回路、2
コlは三相→二相変換器、コ22は多極レゾルバ、ココ
3はソフトスタート回路、ココダは速度アンプ、2コS
はトルク制限回路、1.26は二次電流指令回路1.2
コアはすべり周波数演算回路、22Sは二相正弦波発生
器、ココtは励磁電流指令回路、230は電流アンプ(
α相)、コ31も電流アンプ(β相)、コ3λは二相→
三相変換器、コ33はパルス幅変調回路、コ34Iは保
護回路(トリップ回路〕、−35はレゾルバ制御回路、
コJ6は速度検出回路である。
すなわち、この回路はベクトル制御方式を適用した主軸
駆動装置である。
第3図は、本発明の一実施例のブロック図で、前記PW
Mインバータの制御回路信号を利用して、被制御交流電
動機の発生トルクを検出するためのトルク検出回路を示
している。
9/ 、 92は電圧演算回路、10/ 、 102は
磁束演算回路、/// 、 iiコは三相→二相変換器
、//J 、 //4Iは掛算器、l/3は差動アンプ
であって、図示のよ5に電源電圧変動補償回路!、磁束
演算回路10゜掛算回路l/をそれぞれ構成する。
ここで、本発明で適用しているトルク演算原理について
説明する。なお、説明を簡単化するため、コ相、コ極の
誘導電動機の場合につ−・て述べるが、J相あるいは多
相、多極機への拡張は容易であるので一般性を失うもの
ではない。
コ相、コ極の誘導電動機の発生トルクTeは一般に次式
で表わすことができる。
Te−λ1α11β−λ1βi+a   ………(/式
)λ1α、λrllはα相、l相固定子巻線の鎖交磁束
、11α、11βはα相、β相固定子電流である。
(1式)においてλIα、λ1βは より、 と表わすことができる。
ただし、 p−d/ai(tは時間) v1α、 71βはα相、β相固定子巻線端子電圧、r
l  は固定子巻線抵抗、 を示す。
したがって、固定子巻線の端子電圧と抵抗、ならびに電
流が既知であれば、交流電動機の発生トルクは(1式)
、(3式)に従って、演算によって求めることができる
次に、本発明のトルク検出回路の具体的回路構成につい
て説明する。
第3図において%  11U a ’17はJ相誘導電
動機の0相およびV相固定子電流を示し、第2図の電流
検出回路ココ0の出力信号である。またPWM信号は、
パルス幅変調回路13Jの出力信号を表わし、主回路パ
ワートランジスタ(インバータよ)のオン−オフ制御信
号を与え、誘−電動機7の固定子巻線の電圧あるいは電
流の制御を行なう。
第参図は前述のパルス幅変調回路コ33のさらに詳細な
構成を示したものである。
一θ/ −4I0Jは減算器、u4Iは三角波発生器、
4I0j〜参07は比較器である。
その動作波形の7相分について表わすと43図のように
なる。
第1図において、三角波j5Jのことを一般にキャリア
と呼び、主軸駆動装置のように&精度で高速のトルクお
よび速度応答性が要求される場合、キャリア周波数は1
〜z K Kgに選定される。!0/は二相→三相変換
器ココからの入力、!0Jはこのパルス幅変調回路23
3の出力である。
第3図に示す電圧演算回路q/、’9コはこの実信号j
0Jを利用して誘導電動機7の端子電圧0)シミ鼻し−
ジ嘗ンを行なうものでその詳細回路を第6図に示す。
第す図において、バCは比較器、コIO$1演算増幅器
、/R−,71tは抵抗器、10はコンデンサである。
また、vCC2vs#は主回路電源lの電圧変動に追従
して動く非安定電源であり、例えをプ、主回路tmzt
;xOvのと1、vcc ” + V(、、、vsa 
m−vQを与え、主回路電源lが1oLlr変動したら
それに追従して、±vOも1oqb変動するように構成
した電源である。さらに、Bは比較器l工Oに適当な基
準比較電位を与えるもので、抵抗器によって電源電圧を
単純に分圧した電位を加えてもよ(・。
次に誘導電動機7の端子電圧のシミ為し−ジ璽ンの方法
を述べる。もともと、PWM信号&工直流電圧をオンー
オフ制!し、て、誘導電動機印加電圧の車幅および周波
数を変化させるための匍制御信号であり、誘導電動機印
加電圧に対応するものである。
しかし、主回路電圧が変動するため、この電圧変動分を
補償してやらないと正確な誘導電動機端子電圧のシミ鼻
レージ1ンかで鎗ない。ここで示す方式はこの電源電圧
の変動をオープンコレクタ形の比較器を利用して補償し
ようとするもので、第6図の比較器1xoK加えられた
FWM信号はtV。
の方形波に変換される。この丈voは上述したように主
回路電源電圧の変動に追従して動く非安定電源であるか
ら、電源変動の補償が自動的に行なわれることになる。
また±voは非安定電源であるため、実際上+vOの振
幅と−To(016幅を正確に等しくすることは困離で
あり、若干の差が生ずる。
これは電圧シミ、レージ1ン信号への直流分の重畳を意
味し、好ましくない影譬な与える。コンデンサ10はこ
の直流成分をカットし、直流分の重畳を抑える。また、
演算増幅器コニOと抵抗器JR。
JRは電圧シミル−シ嘗ン信号の大きさを適当な、  
    レベルに分圧するための分圧回路である。
第り図は、磁束演算回路の詳細図である。
本発明では先ずJ相のうちのa相、V相巻線の鎖交磁束
を求め、これを三相→二相変換して(3式)に相当する
信号を演算するように構成している。
なお、U相、V相巻線の鎖交磁束ハU、ハVは次のく参
式〕によって与えられる。
・・・・・・・・・・・・・・・(4/1式)次に具体
的回路について述べる。第7図において、JIO、ダl
Oは演算増幅器、ダR、JRは抵抗器、コ0はコンデン
サである。演算増幅器JICと抵抗ダR−ふRで構成し
た回路は一般に加算器と呼ばれているが、誘導電動機電
流’IU # ’−17および誘導電動機端子電圧マJ
U eマSマの信号極性の選定によって、 ”ltl  −rl  ilU マSマーrl 11マ なる減算を行なうことができる。また、演算増幅器ダl
Oと抵抗器7R−JRとコンデンサコCで構成した回路
は積分器であり、上述の減算信号を積分すること忙よっ
て、(亭式)で示される0相、V相巻線の鎖交磁束信号
λ1111 *λ+vが得られる。
三相→二相変換器はIIσ、11vおよびλlUmλ1
vなる信号をコ相信号11α+’lβおよびIIα・λ
1βに変換するもので、これらの信号を乗算してその差
を取ることKよって、(7式)で与えられるトルクを演
算することかで會る。
第1図の電圧演算回路でm信号なtvOの方形波に変換
する回路は比較器を利用したが、本発明の他の実施例と
して、第S図のようにトランジスタで構成することもで
きる。この部分は0.十vのように変わるptu信号を
tvOに変わる電圧に変換する回路で所謂電圧レベル変
換器であり、TRはトランジスタ、  ZDはツェナー
ダイオード、デR〜//Rは抵抗である。なお、比較器
を利用した理由は電圧極性を任意に変更できるようにし
たためであり、第2図に示すインバータ部5のパワート
ランジスタのオン−オフ動作を行なう信号極性としては
、パルス幅変調回路コJJの出力信号が、Hのときにオ
ンとなるように構成する場合、あるいはLのときにオン
となるように構成する場合のいずれの場合もある。
また、本発明のさらに他の実施例を挙げれば、インバー
タの出力電圧としてリニア惜域のみで利用する場合はv
!J2図に示す電流アンプ23θの出力電圧が誘導電動
機7の端子電圧に対応するから、#R6図の電圧演算回
路?/ 、 ?2は不要となる。
この場合のトルク検出回路は第を図のように構成するこ
とができる。
かくして本発明によれば、誘4i!動機の極低速運転時
においても要求トルク検出精度への相対精度も極めて良
好である。
加えて、本発明は交流電動機の端子電圧を検出するため
の絶紗アンプが不要であるので、回路の単純化、ローコ
スト化ができる。
また、主軸駆動装置だけでなく昏tインバータであれば
適用できるので利用範囲は広い。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例の略Iw図、第2図は本発明
を適用した工作機主軸駆動装置の構成を示すブロック図
、第3図はその実施例のブロック図、第4図はそのパル
ス幅変調回路のブロック図、第5図はそのパルス幅変調
回路の出力信号の駅明図、第6図はその電圧演算回路の
詳細図、第7図はその磁束演算回路の詳細図、第1図は
本発明の他の実施例の電圧レベル変換回路の詳細図、第
9図は本発明のさらに他の実施例の構成を示すブロック
図である。 l・・・交流商用電源、コ・・・電圧検出用tEE変成
器、3・・・コンバータ、ダ・・・電圧検出用分圧抵抗
器、!・・・戸Iインバータ、6・・・電流検出用直流
費流器、7・・・誘導電動機、t・・・インバータ指令
信号(変調信号)、デ・・・電源電圧変動補償回路、i
c・・・磁束演算回路、l/・・・掛算回路、100・
・・トルク検出回路。 出願人代理人   猪 股    清 吊5図 口開− 馬7図

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 へ商用電源からの電力を異周波数の交流電力に変換する
    パルス幅変調方式のインバータによって駆動される交流
    電動機の制御装置において、前記インバータの指令信号
    に対応した電圧と前記交流電動機に流れる電流とを入力
    として磁束演算する装置と、この磁束演算値と前記交流
    電動機に流れる電流とを掛算する製電とを具えたことを
    特徴とするトルク検出回路。 コ、前記特許請求の範囲第1項記載のトルク検出回路に
    おし・て、前記インバータの指令信号に対応した電圧を
    インバータ入力電圧源の変動に対応して補償する回路を
    有することを特徴とするトルク検出回路。
JP57069755A 1982-04-26 1982-04-26 トルク検出回路 Granted JPS58186398A (ja)

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JPH0510038B2 JPH0510038B2 (ja) 1993-02-08

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Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS61227693A (ja) * 1985-03-30 1986-10-09 Saitama Univ 三相誘導電動機の瞬時発生トルク測定装置
JPS63142114A (ja) * 1986-12-05 1988-06-14 Doboku Kenkyu Center 地盤強度測定方法

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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JPS54120818A (en) * 1978-03-14 1979-09-19 Fuji Electric Co Ltd Torque detector for multiphase ac machine

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