JPS5927191B2

JPS5927191B2 - 電動機の速度制御装置

Info

Publication number: JPS5927191B2
Application number: JP51111442A
Authority: JP
Inventors: 博水口
Original assignee: Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Holdings Corp
Priority date: 1976-09-16
Filing date: 1976-09-16
Publication date: 1984-07-04
Also published as: JPS5335918A

Description

【発明の詳細な説明】本発明の電動機の速度制御装置の目的は制御ゲインが高
く、効率がきわめて高い装置を提供することにある。

ます、第１図にこの種の装置として従来より多用されて
きた回路構成例をブロックダイアグラムにて示すととも
に、第２図にその具体的な回路例を示し、詳しく説明す
る。

第１図において、電動機１に連結された交流発電機２の
出力信号は波形整形回路イに加えられ矩形波に整形され
てトリガパルス発生回路口に加えられる。

前記矩形波はここでインパルス状のトリガパルスに変え
られ、このトリガパルスによつて次段の単安定回路ハを
トリガする。

前記単安定回路ハの出力矩形波は一定のマークあるいは
スペース時間幅を有し、その繰り返し周波数は前記交流
発電機２の出力信号周波数と同じで、電動機１の回転速
度に依存するから、次段の積分回路二を通すことによつ
て、前記電動機１の回転速度に依存して変化する直流電
圧が得られる。

尚、第１図では交流発電機２を含めて、波形整形回路イ
、トリガパルス発生回路口、単安定回路ハ、積分回路二
が回転速度の検出器となる。さて、前記積分回路二の出
力電圧は適当な繰り返し周波数を有する鋸歯状波を発生
する鋸歯状波発生回路ホの出力信号とともに比較回路へ
に加えられている。さらに、前記比較回路への出力信号
は駆動回路ｊ卜に加えられ、前記、駆動回路卜によつ
て電動機１が、駆動されている。

つぎに、第２図は第１図に示した装置の具体的な回路構
成を示す回路結線図で、波形整形回路イの入力端子ａ−
ｂ間に交流発電機２が接続され、・出力端子ｄには給
電線路ｃ−ｂ間の給電電圧にほぼ等しい振幅を有し、繰
り返し周波数は前記交流発電機２の出力信号周波数に等
しい矩形波が得られる。

トリガパルス発生回路口はコンデンサ３と抵抗４による
微分回路とダイオード５による検波回路を組み合わせた
もので、ｅ−ｃ間に接続された抵抗６の両端には前記交
流発電機２の出力信号周波数に応じた繰り返し周期を有
する負方向のトリガパルス列が得られる。

第２図に示した単安定回路ハの具体例は単安定マルチバ
イブレータの最も一般的なものであり出力端子ｆの電位
は通常ほぼ零となつているが、入力端子ｅに負方向のト
リガパルスが印加される毎に、一定時間だけ給電線路ｃ
（７）電位まで土昇する。

積分回路二は抵抗７とコンデンサ８によつて構成されて
おり、前記コンデンサ８の両端には電動機１の回転速度
の上昇に応じて電位の上昇する信号が現われる。さて、
第２図に示した鋸歯状波発生回路ホでは、ユニジヤンク
シヨントランジスタ９と、抵抗１０、コンデンサ１１に
よる弛張発振回路が構成され、出力信号の鋸歯状波は前
記ユニジヤンクシヨントランジスタ９のエミツタから取
り出されている。

また、比較回路へはエミツタ結合の差動増幅器によつて
構成され、比較用入力端子Ｇ，ｈにそれぞれ積分回路二
の出力電圧、鋸歯状波発生回路ホの出力信号を印加する
と、前記積分回路二の出力電圧よりも鋸歯状波の電位が
高くなつた区間だけ出力側のトランジスタ１２が導通す
る。さらに、駆動回路卜はダーリントン接続された２個
のＰＮＰトランジスタ１３および１４と、逆方向接続さ
れたアイドリング用ダイオード１５、前記ダイオード１
５に並列に接続されたチヨークコイル１６とコンデンサ
１７の直列回路、前記コンデンサ１７に並列に接続され
た電動機１によつて構成されている。

いま、重動機１の回転速度が何らかの原因で土昇したと
すると、積分回路二の出力電圧も上昇するから、比較回
路への出力トランジスタ１２の導通区間が短かくなり、
そのために電動機１へのスイツチングサイクル中の給電
区間が短かくなり、この結果、電動機１の回転速度は下
降する。

また、亀動機１の回転速度が下降したときには全く逆の
過程を経て、亀動機１の回転速度が上昇するように制御
される。結局、第１図ならびに第２図に示した装置では
電動機の負荷の変動などに関わりなく、あらかじめ設定
された回転速度で電動機が回転するように制御されるわ
けである〇ところで、第１図および第２図に示した従来
の装置では、電動機１に印加される電力の断続、すなわ
ちスイツチングによつて前記電動機１に供給される平均
電力の制餌を行なうため、非常に効率が高くなると云う
利点を有しているが、その反面比較回路への出力信号が
一定レベルの直流電圧ではなくて矩形波信号となるため
、比較回路へから駆動回路卜までの制御ゲインを高くす
ることができず、制帥誤差が大きくなると云う問題がぁ
つた。

本発明の電動機の速度制御装置は以上のような問題を解
消するものである。本発明の一実施例における電動機の
速度制御装置の回路結線図を第３図に示す。

尚、第３図において、第１図ならびに第２図と全く同じ
プロツク、端子などは同一記号にて示し詳細な説明は省
略する。

第３図において、交流発電機２を含み波形整形回路イ、
トリガパルス発生回路口、単安定回路ハ、積分回路二に
よつて電動機１の回転速度を検出する検出器が構成され
、前記検出器の出力信号は比較回路への一方の入力端子
ｇに印加されている。

前記比較回路への他方の入力端子ｈ１すなわち、トラン
ジスタ１２のベースには基準電圧発生回路チの出力市圧
が印加されている。尚、前記基準電圧発生回路チは給電
線路ｃ−ｂ間に直列に接続された抵抗１８および１９に
よつて構成されている。

前記比較回路への出力端子１にはユニジヤンクシヨント
ランジスタ９によつて構成された電圧制御発振器（ＶＣ
Ｏ）りの時定数回路を構成する抵抗１９の一端が接続さ
れ、前記抵抗１９の他端は前記ユニジヤンクシヨントラ
ンジスタ９のエミツタに接続されている。

前記電圧制御発振器りの出力端子ｋには、むだ時間発生
回路ヌが接続され、前記むだ時間発生回路ヌの出力端子
′には駆動回路ルが接続されている。

尚、前記むだ時間発生回路ヌは給電線路ｃ−ｂ間にトラ
ンジスタ２０のコレクタ・エミツタ間と抵抗２１の直列
回路を接続し、前記トランジスタ２０のベース・エミツ
タ間には、前記抵抗２１によつて順方向バイアス電流が
流れる方向にダイオード２２を接続して構成されている
。

また、前記５駆動回路ルは前記トランジスタ２０のコレ
クタにベースを接続したトランジスタ２３と、前記トラ
ンジスタ２３のコレタタとプラス側給電線路ｃとの間に
逆方向接続されたアイドリング用ダイオード２４と前記
ダイオード２４に並列に接続されたチヨークコイル２５
とコンデンサ２６の直列回路により構成され、電動機１
は前記コンデンサ２６と並列に接続されている。

また、給電線路ｃ−ｂ間にはコンデンサ２７とチヨーク
コイル２８からなるフイルタを通して直流電源２９が接
続されている。

さて、本発明の電動機の速度制御装置の動作の概要を説
明すると、第３図の装置において、定常状態では、電圧
制御発振器りは電動機１の負荷の大きさに応じた周波数
で弛張発振を続け、その出力端子には連続したパルス列
が現われる。

このパルス列はコンデンサ３０を介してトランジスタ２
０のベースに印加されるが、前記トランジスタ２０のコ
レクタ・エミツタ間はダイオード２２によつて一定電圧
にクランプされており、このため無信号時にもベース電
流が流れているのでベースに順方向のパルスが印加され
たとき、コレクタ電位はほぼ零になるとともにベース領
域に過剰なキヤリアが蓄積され、入力パルスが取り除か
れてもこのキヤリアによつてしばらくの間はコレクタ電
位が零の状態に保たれる。

つまり、電圧制御発振器リを構成するユニジヤンクシヨ
ントランジスタ９が発生するパルス信号がコンデンサ３
０を介してトランジスタ２０のベースに印加されたとき
に過剰に蓄積されたキヤリアが消減するまでは前記トラ
ンジスタ２０は深い導通状態を保ち、その期間は１駆動
回路ルを構成するトランジスタ２３は遮断状態となるか
ら、前記トランジスタ２０は入力パルス信号が到来する
ごとに一種のむだ時間を発生することになる。なお、こ
のむだ時間の長さは主として前記トランジスタ２０の直
流電流増幅率と入力パルスの波高値によつて決定され、
入力パルス列の繰り返し周期には依存しない。

すなわち、むだ時間発生回路ヌを構成するトランジスタ
２０は入力パルスが印加されてから一定のむだ時間を発
生するわけで、前記トランジスタ２０のコレクタ電位が
零になつている期間と、前記トランジスタ２０のコレク
タ電位がクランプされている期間の比は入力パルス列の
繰り返し周期が短かいほど大きいことになり、前記むだ
時間発生回路ヌは電圧制御発振器リの出力信号周波数の
変化を繰り返し周波数の変化とともに、マーク・スペー
ス比、つまりスイツチング信号のデユーテイサイクルの
変化に変換していることになる〇以上の説明からも明ら
かなようにむだ時間発生回路ヌは準安定期間のきわめて
短かい単安定回路と同じ機能を有するが、先にも示した
ように、実施例において示したむだ時間発生回路ヌのむ
だ時間は、入力パルスの波高値（エネルギー）やトラン
ジスタ２０の直流電流増幅率の大きさに依存するため、
単安定回路の準安定期間に比べると正確さの点で劣る。

前記トランジスタ２０のコレタタにはトランジスタ２３
のベースが接続されているから、前記トランジスタ２０
のコレクタ電位が零のときは前記トランジスタ２３はオ
フ状態となり、前記トランジスタ２０のコレクタ電位が
ダイオード２２によつてクランプされているときには前
記トランジスタ２３はオン状態となり、電動機１は前記
トランジスタ２０のコレクタに現われるスイツチング信
号によつて駆動される〇いま、何らかの原因で電動機１
の回転速度が設定値よりも上昇したとすると、このとき
、比較回路への入力端子ｇの電位が上昇するから、出力
電圧、すなわち比較回路への出力誤差信号電圧も上昇し
、その結果、電圧制御発振器リの出力信号周波数は高く
なる。

電圧制御発振器リの出力信号周波数が高くなる、すなわ
ち、むだ時間発生回路ヌに印加されるパルス列の繰り返
し周期が短かくなるとトランジスタ２０のコレクタ電位
が零になつている期間の割合が大きくなり、トランジス
タ２３がオン状態にある期間に比べてオフ状態にある期
間の割合が増加する。

したがつて電動機１に供給される平均電力は減少し、前
記電動機１の回転速度は下降するようになる。

反対に、何らかの原因で電動機１の回転速度が設定値よ
りも下降した場合には、これと全く逆の過程を経て、前
記電動機１の回転速度が上昇するようになる。

このように、第３図の装置では、最終的に比較回路への
２つの入力端子ｇおよびｈの直流電圧が等しくなるよう
な値に電動機１の回転速度がスイツチング制御される。

また、周囲温度の変化などによつてトランジスタ２０で
発生するむだ時間が変化したとしても以下に示すような
過程を経て電圧制御発振器りがむだ時間の変化を補償す
る方向に動作する。例えば、前記むだ時間が長くなつた
とすると、トランジスタ２３のオフ期間が長くなり、電
動機１の回転速度は下降するので、前記電圧制御発振器
りの出力信号周波数は低くなつて、それまでと同じ平均
電力が前記電動機１に供給されるように動き、むだ時間
の変化は前記電圧制御発振器リの発振周波数の変化によ
つて補償される。

このため、電圧制御発振器リ、むだ時間発生回路ヌの存
在は電動機１への供給亀力をスイツチング制御して制御
効率を高めること以外には無関係となり、云いかえれば
、電圧制御発振器リの中心発振周波数が変化したり、む
だ時間発生回路ヌのむだ時間が変化したとしても、クロ
ーズドループによつて常に比較回路への２つの入力電圧
が等しくなるように制御されるため、回転速度に影響を
及ぼさない〇また、従来の第１図および第２図の装置が
積分回路二の出力信号と鋸歯状波を比較して、その比較
出力が矩形波となるため、制御系の制御ゲインを高める
には検出器の検出ゲイン、すなわち、回転速度一直流電
圧変換ゲインを高めるか、あるいは鋸歯状波の出力振幅
を非常に小さくして比較ゲインを高める以外に方法がな
かつた（これらの方法は制御系の不安定要因を増大せし
めることは云うまでもない。

）のに対して、本発明の装置では比較回路への出力信号
が矩形波ではなくて直流電圧であるので、直流増幅ゲイ
ンを大きくすることによつて簡単に制御ゲインを高める
ことができる。尚、本発明の実施例では検出器の出力電
圧と基準電圧を比較して誤差信号電圧を発生する、電圧
比較回路を用いた例を示したが、検出器の出力周波数と
基準周波数を比較して誤差信号電圧を発生する周波数比
較回路を用いた装置にも本発明が適用できるのは云うま
でもない。さらに、動作の説明からも明らかなように、
電圧制御発振器はユニジヤンクシヨントランジスタ弛張
発振器に限定されるわけではなく、その他の自走型マル
チバイブレータなどを用いても同様の効果が得られるこ
とは勿論、むだ時間発生回路についても、第３図に示し
た回路に限定されるわけではなく、周知の単安定マルチ
バイブレータなどを用いることもできる。

以上に示したように、本発明の電動機の速度制御装置で
は電動機の回転速度を検出する検出器の出力信号と基準
電圧あるいは基準周波数を比較回路によつて比較し、そ
の出力誤差信号電圧によつて電圧制御発振器の発振周波
数を制御し、さらにむだ時間発生回路によつで、適当な
マーク・スペース比をもつスイツチング信号を得ている
ので、制御系の制御ゲインをきわめて高くすることがで
き、大なる効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

第１図は従来例を示す電動機の速度制御装置のプロツク
図、第２図は第１図のプロツク図を具体化した回路結線
図、第３図は本発明の電動機の速度制御装置の一実施例
における回路結線図である。

Claims

【特許請求の範囲】１電動機の回転速度を検出する検出器と、前記検出器
の出力信号を基準電圧あるいは基準周波数と比較して誤
差信号電圧を発生する比較回路と、前記比較回路の出力
誤差信号電圧によつて発振周波数が制御される電圧制御
発振器と、前記電圧制御発振器の出力信号から、繰り返
し周波数は前記電圧制御発振器の発振周波数に等しくマ
ーク期間あるいはスペース期間が前記発振周波数とは無
関係に一定な出力信号を発生するむだ時間発生回路と、
前記むだ時間発生回路の出力信号によつて前記電動機を
スイッチング駆動する駆動回路を具備してなる電動機の
速度制御装置。２給電線路間にトランジスタのコレクタ・エミッタ間
と抵抗の直列回路を接続し、前記トランジスタのコレク
タ・ベース間には、前記抵抗によつて順方向バイアス電
流が流れる方向にダイオードを接続して前記むだ時間発
生回路を構成したことを特徴とする特許請求の範囲第１
項記載の電動機の速度制御装置。