JPS594958B2 - ユウドウデンドウキソウチ - Google Patents

ユウドウデンドウキソウチ

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JPS594958B2
JPS594958B2 JP50119185A JP11918575A JPS594958B2 JP S594958 B2 JPS594958 B2 JP S594958B2 JP 50119185 A JP50119185 A JP 50119185A JP 11918575 A JP11918575 A JP 11918575A JP S594958 B2 JPS594958 B2 JP S594958B2
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signal
output
circuit
induction motor
input
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和則 岩崎
知雄 国京
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Toshiba Corp
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Tokyo Shibaura Electric Co Ltd
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  • Control Of Ac Motors In General (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は、デジタル制御方式で速度制御を行なうように
した誘導電動機装置に関する。
誘導電動機の速度を可変する手段としては従来、・抵抗
制御法、電源周波数を変える方法、極数を変える法など
が知られている。
抵抗制御法は、電動機の2次巻線に抵抗を挿入してトル
ク−速度特性を変えることによつて速度を制御する方式
であるが、軽負荷時ではスリップの変化が小さいので速
度制御が困難であわ、しかも低速時にはトルクー5 速
度曲線の傾斜がゆるやかになシ速度変動率が大きくなる
などの不具合がある。また、電源周波数を変える法は、
電動機専属の電源を必要とするため、特殊な例を除いて
従来あまわ採用されていない。近年、サイリスタなどの
半導体スイッチで構10成したインバータと回転数に比
例した出力電圧を送出し得る電源とを組合わせて可変周
波数電源を構成することも行なわれているが、全体的に
かなわ複雑な構成となつている。一方、極数を変える法
は、大幅な速度制御が可能であるが、段階的な15速度
制御しかできない欠点がある。本発明はこのような事情
に鑑みてなされたもので、細かい速度制御を自在に行な
え、しかも長期に亘つて制御性が低下する虞れがなく、
そのうえ構成も比較的簡単で使い易い誘導電動機装置を
提フ0 供することにある。
以下、本発明の詳細を図示の実施例によつて説明する。
第1図において、図中1は一定周期のクロックパルスを
送出するクロックパルス発生器であわ、!5 この発生
器1から送出されたパルスはパルス分配器2によつて位
相の異なる3つのパルス列CP1、CP2、CP3に変
換され、上記パルス列CP、は市販の2進信号乗算器(
以後BRMと略称する。
)3のクロックパルスとして導入される。そして上ゞ0
記BRM3には入力信号処理回路4から2進値の信号
ABSfが入力される。入力信号回路4は、第2図に示
すように後述する誘導電動機本体52の同期速度fを決
定する信号/が2進値で導入されると、この入力信号に
の符号を示す信号fp、■5fNと入力信号lの絶対値
を示す信号ABSfとを出力する。上記信号fp、fN
は正転、逆転を表わす信号であわ、信号ABSfは同期
速度fを只q−決定する2進信号である。
これら出力信号Fp,fN,ABSfと入力信号jとの
関係は第3図に示すようになつている。(向、第3図で
は簡単のため、ビツト数を小さくした例を示しているが
、実際にはもつとビツト数が大きくなる。)したがつて
、BRM3からは、上記入力信号jの絶対値、つまり希
望する同期速度fに比例した平均パルス密度をもつパル
ス列Sが出力される。上記パルス列Sは一方に訃いては
オア一回路5に入力され、他方においては可変分周器6
を介してアンドゲート回路7,8の一方の入力端に導入
される。
上記アンドゲート回路7の他方の入力端には前記入力処
理回路4から信号Fpが導入され、またアンドゲート回
路8の他方の入力端には信号FNが導入されている。し
たがつ正回転が選択されたときにはアンドゲート回路7
だけが開いてパルス列Sを分周したパルス列N(!)P
を出力し、また逆回転が選択されたときにはアンドゲー
ト回路8が開いてパルス列Sを分周したパルス列NφN
を出力する。そして、パルス列NφP,N(!)Nは次
に述べる三相信号形成回路9に導入される。三相信号形
成回路9は、1209の位相差をもつた基準の振幅信号
1φ11,Iφ21,1φ31と符号(極性)信号φ1
Pjφ1Njφ2Pクφ2N3φ3P,φ3Nを送出す
るもので、たとえば第4図に示すように構成されている
。この図は振幅信号を三角波に近似させた場合の例を示
すもので、3つの2進アツプダウンカウンタ10,11
,12を設け、これらカウンタ10,11,12のカウ
ントアツプ信号としてパルス列NダPを共通に導入し、
またカウントダウン信号としてパルス列N(!)Nを共
通に導入している。そして、各カウンタ10,11,1
2のたとえば最下位桁のビツトLSBの出力から最上位
桁のビットMSBより2桁下のビツト出力までをそれぞ
れイクスクルーシブオア一回路13a,13b・・・の
一方の入力端に導入し、上記各イクスクルーシブオア一
回路13a,13b・・・の他方の入力端にMSBよV
)1桁下のビツト出力を導入するようにしている。した
がつて、各カウンタ10,11,12の最上位桁のビツ
トMSBが41nになるまでカウントアツプする間のイ
クスクルーシブオア一回路13a,13b・・・の出力
形態は三角波状となる。そして、各カウンタ10,11
,12のカウントアツプあるいはカウントダウンが終了
するまでの時間、つまり周期はパルス列NφP,N(!
)Nの平均パルス密度に逆比例する。上記パルス列N(
!)P,NφNの平均パルス密度は設定しようとする同
期速度fに比例しているので同期速度fが高い場合には
各カウンタ10,11,12のカウントアツプあるいは
カウントダウンの周期が短かく、また、同期速度fが低
い場合には−ヒ記周期が長くなる。しかして、前記カウ
ンタ10の各ビツト出力はアンドゲート回路14に導入
され、このアンドゲート回路14の出力信号は各カウン
タ10,11,12のロード端子LOadに導入される
。カウンタ10はロード端子に信号が導入されると、あ
る基準値にセツトされ、カウンタ11はーヒ記基準値よ
V)120さ位相の異なる値にセツトされ、カウンタ1
2は基準値よ702400位相の異なる値にセツトされ
る。したがつて、三相信号形成回路9から出力される振
幅信号1φ11,Iφ2!,Iφ31は相互に120幅
ずつ位相が異なつている。一方、各カウンタ10,11
,12の最上位桁のビットMSBの出力は直接符号信号
/P,φ2P,φ3Pとして出力され、またインバータ
15を介して符号信号φ,N,φ2N,φ3Nとして出
力される。したがつて、カウンタ10だけを例にとると
lφ,1とφ1Pとは第5図に示すように出力される。
しかして、上記三相信号形成回路9から送出された12
0上ずつ位相の異なる振幅信号1Z11,1φ21,1
φ31は、それぞれBRMl6,l7,l8の入力信号
として導人される。
上記BRMl6,l7,l8のクロツクパルスとしては
オア一回路5の出力パルスが導入されている。上記オア
一回路5には前記BRM3の出力パルスSと振幅補償回
路19からの出力パルスが導入されている。振幅補償回
路19は以下に述べる理由から設けてある。すなわち、
後述する誘導電動機本体52の極数をP、2次相数をM
2、2次静止時の2次1相誘起電圧をE2()、電源周
波数をf(HZ)、2次抵抗をR2(Ω).2次漏れリ
アクタンスをX2(Ω入スリツプをS1同期回転数をN
e、ロータ回転数てをn、2次電圧と2次電流との位相
差θ2、2次電流12とすると、誘導電動機本体52の
トルクTTはPm2E2l2cOsθ2 T−?(N−m) ・・・・・・(1)2πf で表わされる。
またこれら3式をまとめるとTは、となる。一方、回転
磁界と回転子との相対速度をΔn(RPS)とすると、
であるから、スリツプsは、 となわ、トルクTは、 となる。
また、2次側1相当わのインダクタンスをLとすると、
となるので、トルクTは、 となる。
また、1次側1相の誘導電圧E,と2次側1相の誘起電
圧E2との間には電圧変成比をμeとするとE1 =μ
EE2が成沙立つ。ここで1次側のインピーダンスを無
視できるものとすると、1次側印加電圧V,はV,=E
1 と見なすことができる。したがつて、トルクTはと
なる。
上記aω式から明らかなように1次側のインピーダンス
と電圧印加系統の損失を無視できるとすると、常にV1
/!fl を一定に保てば回転磁界の回転速度N。に
無関係に同一相対速度Δnに対して同一トルクを出力す
ることになる。ところで、BRM3の出力パルスSの平
均パルス密度は設定しようとする同期速度、つま!21
f1に比例しているので上記出力パルスSで誘導電動機
本体52の印加電圧振幅を決定すればV1/1f1=一
定の条件が満され、回転磁界の回転速度によらず同一相
対速度Δnに対して出力トルクを一定にすることができ
る。
しかし、実際には1次側のインピーダンスと電圧印加系
における損失を無視することができないので、単にパル
ス列sを基準にして印加電圧V1 を決定しても同一相
対速度Δnに対して出力トルクを−定にすることはでき
ない。そこで、パルス列sで印加電圧V1の振幅を決定
するには何らかの手段でBRMl6,l7,l8のクロ
ツクパルス密度とパルス列Sの平均パルス密度との関係
を第6図に示す関係に変換する必要がある。上記関係は
勿論、使用する誘導電動機および電圧印加系の回路構成
によつて異なる。このように変換するために振幅補償回
路19が設けられているのである。そして、上記振幅補
償回路19はたとえば第T図に示すようにBRM2Oに
2進値の固定入力Wを導入するとともにクロツクパルス
としてCP2を導入し、このBPM2Oの出力パルスを
オアー回路21に導入し、さらにBRM22に前記信号
ABSfをインバータ23を介して導入するとともにク
ロツクパルスとしてCP3を導入し、このBRM22の
出力パルスをオァー回路21に導入している。そして、
オアー回路21を出た出力パルスは前記オアー回路5に
導入されている。したがつて、前記BRMl6,IT,
l8からは、印加電圧V1に対応する信号と振幅信号の
絶対値1φθ1どを掛算した値がパルス密度として出力
されることになる。しかして、BRMI6,l7,l8
の出力パルスはそれぞれ対応するアンドゲート回路24
a,24b,25a,25b,26a,26bの一方の
入力端に導入されている。
上記アンドゲート回路24aの他方の入力端には三相信
号形成回路9からの符号信号φIPが、また、アンドゲ
ート回路24bの他方の入力端には符号信号φINが、
同様に回路25aには/。Pが、回路25bにはφ2N
が、回路26aにはφ3Pが、回路26bにはφ3Nが
それぞれ導入されている。したがつて、アンドゲート回
路24a,25a,26aからの出力信号SPは、振幅
が正のとき出力され、その平均パルス密度はVllφθ
1に比例している。また、出力信号SNは振幅が負のと
き出力され、その平均パルス密度はVllφθIに比例
している。そして、上記出力信号SP,SNはそれぞれ
サンプリング回路27,28,29に導入される。サン
プリング回路27,28,29は、それぞれ、第8図に
示すようにアツプダウンカウンタ30と、ラツチ回路3
1とで構成されており、上記カウンタ30に信号SPあ
るいは信号SNを導入して、これを一定期間積分し、こ
の内容を次に続くサンプル期間中ラツチ回路31に保持
させるようにしている。そして、サンプル期間は、後述
する基準信号発生器35からのりセツト信号Xによつて
決定される。サンプリング回路27,28,29に卦け
る各ラツチ回路31の内容はそれぞれ後述するコンバレ
ータ32,33,34のA入力として導入され、このコ
ンパレータ32,33,34のB入力端には基準信号発
生器35から2進信号が導入されている。
上記基準信号発生器35は第9図に示すように前記クロ
ツクパルスCPlをカウンタ36でカウントし、このカ
ウンタ36の各ビツト出力を基準信号として出力すると
ともに各ビツト出力をアンドゲート回路37に導入し、
このアンドゲート回路37の出力信号を前記りセツト信
号Xとして出力するように構成されている。しかして、
前記コンパレータ32,33,34はそれぞれ第10図
に示すように構成されている。
すなわち、たとえば4ビツトからなるコンパレータ素子
38のA入力端に前記サンプリング回路27(28,2
9)の出力信号を最上位桁のビツトMSBだけインバー
タ39を介して導入し、B入力端に前記基準信号を導入
している。B入力端の最上位桁のビツトMSBに導入さ
れる基準信号は、MSBより1桁下のビツトに導入され
る信号が共通に導入され、かつMSBよV)1桁下のビ
ツトに導人される信号はインバータ40を介して導入さ
れている。インバータ39を設けている理由は、負のサ
ンプリング信号が導入されるとコンパレータ素子38で
比較できないので、この不具合を解消するために桁上げ
し、負信号を正信号に変換して比較するためである。一
方、インバータ40は次の理由で設けてある。すなわち
、サンプリング回路27,(28,29)の出力および
基準信号発生器35の出力と、コンパレータ素子38の
A入力およびB入力との関係は第11図に示すようにな
る。したがつて、サンプリング回路出力に対するコンパ
レータの出力波形は第12図に示すように周期Tの範囲
内において出力信号の高レベルの部分子fと低レベルの
部分子tが変化する。ここで、高レベルから低レベルに
移行する瞬間をHLとすると、このHLは同期速度fが
一定のときには第13図に示すように変化する。前述の
如くインバータ40を介挿しておくと、基準信号が導入
されるビツト数がサンプリング出力が導入されるビツト
数よV)1ビツト少なくなるので、サンプリング回路出
力は+4以上訃よび−5以下で飽和する。このため、H
L(Min)とHL(Max)とは同期速度fによつて
第14図に示すように変化する。今、飽和する周波数を
F。とすると、周波数がO−FO(Hz)の範囲では定
格トルクを出し得る状態に制御し、土F。(Hz)を越
えた場合にはトルクが多少減少しても回転を続けるよう
に制御する。上記F。は前記分周器6の分周比を変える
ことによつて自由に選択できる。しかして、コンパレー
タ32,33,34の出力信号Yはそれぞれすき間回路
41,42,43に導入される。すき間回路41,42
,43は、第15図に示すように入力信号Yに基いて信
号PUと信号PLとを送出する。両信号PU,PLは、
゛図から明らかなようにほぼ逆関係に変化する信号であ
り、かつ途中にPU−PL=高レベルの期間が50μs
入るように設定されている。そして、各すき間回路41
,42,43から送出された信号PU,PLはスイツチ
ング装置44,45,46に導入される。スイツチング
装置44,45,46はたとえば第16図に示すように
構成されている。
すなわち、すき間回路41,42,43から送出された
信号PU,PLをホトカプラ47a,47bを介して別
々に導入し、これら入力信号を別々に増幅器48a,4
8bで増幅してNPN形トランジスタ49a,49bの
ベースに供給している。トランジスタ49a,49bは
直列に接続されており、この直列回路は直流電源50の
両端に接続されている。そして各トランジスタ49a,
49bのコレクタ・エミツタ間には図示極性にダイオー
ド51a,51bが接続されておジ、これらダイオード
51a,51bの接続点は誘導電動機本体52の電機子
巻線53の入力端に接続されている。前述の如く、信号
PL,PUの高、低レベルの幅は、振幅信号の平均パル
ス密度と正負の極性によつて変わシ、しかも各相の信号
どうしは1200位相が異なつているので結局、電機子
巻線53の任意の二相間、たとえばスイツチング装置4
4,45間に流れる電流と各装置44,45の出力送出
期間との関係は第17図に示すようになり、電機子巻線
53には交流電流が流れる。な卦、この図は直列に接続
されたトランジスタどうしが共にオフした状態を無視し
ている。また、PU=PL一高レベルの期間が50μs
入るようにした理由は直流電源50の両端が短絡される
のを防止するためである。そして、このときの各スイツ
チング装置に流れる電流の形態は第18図に示すように
なる。かくして、誘導電動機52の電機子巻線53には
設定周波数fでかつfに比例した振幅の等価的交流電圧
が印加されるので上記同期速度fに対応した回転数で回
転する。
このように、誘導電動機本体52の同期速度fに比例し
た平均パルス密度のパルス列Sを入力信号処理回路4お
よびBRM3を使つて作り出し、このパルス列Sを三相
信号形成回路9に導人して上記パルス密度に反比例した
周期でそれぞれ120ずつ位相の異なる3つの2進三角
波信号jφ11,Iφ21,Iφ31を形成し、これら
信号φ1,φ2,φ3と、前記パルス列Sの平均パルス
密度を所望に補償したパルス列とをBRMl6,l7,
l8に導入してパルス密度が前記同期速度f卦よび印加
電圧V,の振幅を表わす3つのデジタル信号に変換し、
これらを所定期間毎にコンパレータ32,33,34に
導入してパルス幅変調し、このコンパレータ32,33
,34の出力で誘導電動機本体52の電機子巻線53の
入力端と直流電源との間に介在したスイツチング装置4
4,45,46をオン,オフ制御して電機子巻線53に
等価的三相交流電圧を印加するようにしている。
したがつて、パルス列Sの平均パルス密度を変えるだけ
で、誘導電動機本体52の回転数を広範囲に可変でき、
使い易いことは勿論のこと、全てデジタル信号によつて
制御できるので、特性の変化がなく調整も容易であるな
どの利点がある。
また、スイツチング装置44,45,46で印加電圧の
振幅と周波数とを一度に制御するようにしているので、
インバータによる周波数制御などに較べて構成が簡単化
できる利点もある。また、トルクも常に一定に保つこと
ができるので、2次抵抗制御法に較べて速度変動率、効
率などの点で勝れたものが得られる。な卦、本発明は上
述した実施例に限定されるものではなく、種々変形して
もよい。
たとえば、前記実施例では三相信号形成回路9で電機子
巻線53に印加する電圧を三角波状に近似させた信号を
送出するようにしているが、第19図に示すようにアツ
プダウンカウンタ10,11,12の各ビツト出力でリ
ードオンリーメモリ61,62,63に予め記憶されて
いるSinTableを2進値として読み出すように三
相信号形成回路9を構成してもよい。このようにすると
印加電圧波形をサインカーブに一層近づけることができ
るので誘導電動機本体52を滑かに回転させることがで
きる。また、上述した実施例では印加電圧波形を三角波
状あるいはSin波に近似させているが、必ずしもこれ
に限らず方形波にしてもよい。
印加電圧を方形波状にして制御する場合には第20図に
示すように構成すればよい。この図は第1図と同1部分
に同一符号が付してある。したがつて、重複する部分の
説明は省略する。図中71は6進のカウンタであり、こ
のカウンタ71は、入力信号処理回路4から信号F,(
正回転を表わす。)が導入されている間はBRM3の出
力パルスSが入力する毎に0,1,2,3,4,5,0
・・・の順に歩進し、人力信号処理回路4から信号FN
(逆回転を表わす)が導入されている間はBRM3の出
力パルスSが入力する毎に0,5,4,3,2,1,0
,5・・・の順に歩進する。そして、カウンタ71の各
ビツト出力は三相信号形成回路72に導入され、この三
相信号形成回路72はカウンタ71から信号が入力され
る毎に第21図に示すようにHighレベル訃よびLO
wレベルに変化する3つの信号/1少ノ2 「ダ3を送
出する。この3つの信号φ1,φ2,φ3はそれぞれ1
200ずつ位相が異なつている。そして、上記信号φ1
,φ2,φ3はアンドゲート回路73,74,75の一
方の入力端に導入されている。アンドゲート回路73,
74,75の他方の入力端にはコンパレータ76の出力
信号が共通に導入されている。コンパレータ76のA入
力端には振幅補償回路19aからの2進信号が導入され
、B入力端にはクロツクパルスCP,を入力とする基準
信号発生器35からの2進信号が導入される。振幅補償
回路19aは入力信号処理回路4の出力信号ABSfを
入力としてリードオンリーメモリに予め記憶されている
振幅補償信号(2進値)を読み出し、これをコンパレー
タ76のA入力端に導入する。一方、基準信号発生器3
5はカウント終了までの周期が1msないし2msの2
進カウンタであり1このカウンタの各ビツト出力がコン
パレータ76のB入力端に導入される。な}、この場合
も、B入力のビット数はA入力のビツト数よV)1つ少
なくしてある。一しかして、前記アンドゲート回路73
,74,75の出力信号はすき間回路41,42,43
を介してスイツチング電力増幅器44,45,46に与
えられる。そして、スイツチング装置44,45,46
を通して誘導電動機本体52の電機子巻線に三相電圧が
印加される。このような構成であると、電機子巻線に印
加される電圧が方形波状になるので、滑らかな回転は期
待できないが、その他の面においては前記実施例と同様
な効果が期待でき、しかも全体を十分に単純化できる利
点がある。
また、上述した各実施例は、誘導電動機本体として三相
のものを使用しているが、本発明は単相のものにも適用
できることは勿論である。
以上詳述したように本発明によれば、大幅な速度制御が
容易に行なえ、しかも速度変動率、効率などの面に卦い
て勝れ、長期に亘つて制御性が低下する虞れのない誘導
電動機装置を提供できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明の一実施例のプロツク的構成図、第2図
から第18図の各プロツクのよジ具体的構成図およびそ
れらの動作を説明するための図、第19図は本発明の別
の実施例に卦ける要部構成図、第20図は本発明のさら
に別の実施例のプロツク的構成図、第21図は同実施例
の動作を説明するための図である。 1・・・クロツクパルス発生器、4・・・入力信号処理
回路、3,16,17,18・・・2進信号乗算器、9
,72・・・三相信号形成回路、19・・・振幅補償回
路、27,28,29・・・サンプリング回路、32,
33,34,76・・・コンパレータ、41,42,4
3・・・すき間回路、44,45,46・・・スイツチ
ング装置、50・・・直流電源、52・・・誘導電動機
本体。

Claims (1)

    【特許請求の範囲】
  1. 1 直流電源電圧をスイッチング装置でスイッチングし
    て誘導電動機を駆動する誘導電動機装置において、指令
    信号に応じて同期速度で移動磁界を生じる位相信号をデ
    ジタル的に発生する位相信号発生手段と、上記指令信号
    に応じて上記同期速度の税対値と電動機内部での損失等
    を補償する値との和で表わされる振幅信号をデジタル的
    に発生する振幅信号発生手段と、上記振幅信号と前記位
    相信号との積をデジタル的に演算する演算手段と、この
    演算手段で得られた信号をパルス幅変調するパルス幅変
    調信号発生手段と、上記パルス幅変調信号を前記スイッ
    チング装置の制御信号として入力して前記誘導電動機を
    駆動する手段とを具備してなることを特徴とする誘導電
    動機装置。
JP50119185A 1975-10-02 1975-10-02 ユウドウデンドウキソウチ Expired JPS594958B2 (ja)

Priority Applications (1)

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JP50119185A JPS594958B2 (ja) 1975-10-02 1975-10-02 ユウドウデンドウキソウチ

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JP50119185A JPS594958B2 (ja) 1975-10-02 1975-10-02 ユウドウデンドウキソウチ

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JPS5243931A JPS5243931A (en) 1977-04-06
JPS594958B2 true JPS594958B2 (ja) 1984-02-01

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ID=14755003

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JP50119185A Expired JPS594958B2 (ja) 1975-10-02 1975-10-02 ユウドウデンドウキソウチ

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US5101575A (en) * 1990-01-02 1992-04-07 Whirlpool Corporation Heater diagnostics and electronic control for a clothes dryer

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JPS5243931A (en) 1977-04-06

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