JPS6020782A - Speed controller for motor - Google Patents

Speed controller for motor

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Publication number
JPS6020782A
JPS6020782A JP58128336A JP12833683A JPS6020782A JP S6020782 A JPS6020782 A JP S6020782A JP 58128336 A JP58128336 A JP 58128336A JP 12833683 A JP12833683 A JP 12833683A JP S6020782 A JPS6020782 A JP S6020782A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
motor
speed
voltage
power transistor
signal
Prior art date
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Pending
Application number
JP58128336A
Other languages
Japanese (ja)
Inventor
Hiroyasu Kitayama
北山 博保
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Panasonic Holdings Corp
Original Assignee
Matsushita Electric Industrial Co Ltd
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Filing date
Publication date
Application filed by Matsushita Electric Industrial Co Ltd filed Critical Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Priority to JP58128336A priority Critical patent/JPS6020782A/en
Publication of JPS6020782A publication Critical patent/JPS6020782A/en
Pending legal-status Critical Current

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    • HELECTRICITY
    • 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
    • H02P7/00Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors
    • H02P7/06Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current
    • H02P7/18Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power
    • H02P7/24Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices
    • H02P7/28Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices
    • H02P7/285Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only
    • H02P7/29Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation
    • H02P7/2913Arrangements for regulating or controlling the speed or torque of electric DC motors for regulating or controlling an individual dc dynamo-electric motor by varying field or armature current by master control with auxiliary power using discharge tubes or semiconductor devices using semiconductor devices controlling armature supply only using pulse modulation whereby the speed is regulated by measuring the motor speed and comparing it with a given physical value

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  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Power Engineering (AREA)
  • Control Of Direct Current Motors (AREA)

Abstract

PURPOSE:To suppress the switching loss of a power transistor by lowering the carrier frequency of a pulse width modulation proportionally to the increase in the load current of a motor. CONSTITUTION:An error amplifier 21 outputs an error voltage between the speed voltage Vf outputted from a speed detector 17 and the speed command voltage Vs. A comparator 24 compares a triangular carrier signal from a variable frequency oscillator 22 with the error signal and supples a pulse width modulation signal to a power transistor 16. The frequency of the triangular carrier signal from the oscillator 22 decreases when the load current to a DC motor 2 increases. Thus, the switching loss of the power transistor can be suppressed.

Description

【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は直流電動機の定速度制御に関するものである。[Detailed description of the invention] Industrial applications The present invention relates to constant speed control of a DC motor.

従来例の構成とその問題点 茅1図は従来例における直流電動機の速度制御回路構成
図である。1は直流電源、2は直流電動機、3はパワー
トランジスタである。4は直流電動機2に直結された速
度検出器であり、その出力信号である速度電圧は7のV
±端子に接続される。
Configuration of the conventional example and its problems Figure 1 is a configuration diagram of a speed control circuit of a DC motor in the conventional example. 1 is a DC power supply, 2 is a DC motor, and 3 is a power transistor. 4 is a speed detector directly connected to the DC motor 2, and its output signal, the speed voltage, is 7V.
Connected to ± terminal.

6のvs 端子は速度指令電圧を入力する。8は前記速
度電圧と前記速度指令電圧を比較して増幅する誤差増幅
器である。9は一定振幅で一定周波数の三角波キャリア
を送出する発振器であり発振器出力信号と前記誤差増幅
器8の出力信号は10の比較器によって演算されパルス
幅変調(以下PWMと略す)信号を作成する。前記PW
M信号は3のパワートランジスタのベースを駆動し前記
2の直流電動機電流を制御する。511−1:フライホ
イルダイオードである。第2図は第1図の制御回路にお
ける各部°の信喜波形を表わしたものであり、11は前
記三角波キャリア発振器の出力信号、12は前記誤差増
幅器8の出力信号、13は前記比較器10の出力信号で
あり、この信号によりパワートランジスタ30ベースを
駆動する。
The vs terminal of 6 inputs the speed command voltage. 8 is an error amplifier that compares and amplifies the speed voltage and the speed command voltage. An oscillator 9 sends out a triangular wave carrier with a constant amplitude and a constant frequency, and the oscillator output signal and the output signal of the error amplifier 8 are operated by a comparator 10 to create a pulse width modulation (hereinafter abbreviated as PWM) signal. Said PW
The M signal drives the base of power transistor No. 3 to control the DC motor current of No. 2. 511-1: Flywheel diode. FIG. 2 shows the signal waveforms of each part in the control circuit of FIG. This is an output signal, and this signal drives the base of the power transistor 30.

次に従来例の動作について説明する。電動機が停止状態
において、vs 端子に正の速度指令電圧が印加される
と速度電圧vf は未だ発生していないために誤差増幅
器8の出力信号は負の大きな誤差電圧が発生し比較器1
0の出力信号によって3のパワートランジスタをフル通
電させる。その結果、電動機は急速に速度が上昇する。
Next, the operation of the conventional example will be explained. When the motor is stopped and a positive speed command voltage is applied to the vs terminal, a large negative error voltage is generated in the output signal of the error amplifier 8 because the speed voltage vf has not yet been generated.
The power transistor 3 is fully energized by the output signal 0. As a result, the motor speeds up rapidly.

次に速度電圧vf(負電圧)が速度指令電圧v8 の絶
対値より大きくなると誤差増幅器8の出力信号は正の誤
差電圧が発生し比較器1oの出力信号によって3のパワ
ートランジスタのON時間比率を低下させるため電動機
速度は低下する。つまり制御系としては速度指令電圧v
8 と速度電圧vf の絶対値が常に等しくなるように
制御されるため、速度指令電圧v8 が一定の場合は電
動機は一定速度で回転することになる。また電動機負荷
が変化して電動機速度が変化しようとしても前記制御系
により一定速度で電動機は回転する。
Next, when the speed voltage vf (negative voltage) becomes larger than the absolute value of the speed command voltage v8, a positive error voltage is generated in the output signal of the error amplifier 8, and the ON time ratio of the power transistor 3 is determined by the output signal of the comparator 1o. In order to reduce the speed, the motor speed decreases. In other words, as a control system, the speed command voltage v
8 and the absolute value of the speed voltage vf are controlled to be always equal, so when the speed command voltage v8 is constant, the motor rotates at a constant speed. Further, even if the motor speed changes due to a change in the motor load, the motor rotates at a constant speed due to the control system.

ところが上記制御系の構成においては電動機負荷が増加
しパワートランジスタの電流が増加するζづワートラン
ジスタのスイッチング損失が急速に増大する。そのため
パワートランジスタの許容損失の犬なる素子を用いたり
、′=1だ放熱フィンを犬きくして冷却効果を上げる等
の対策が必要であった。その結果パワートランジスタ、
放熱フィン等のコストも上昇し1部品の取付スペースも
広くなる等の欠点があった。
However, in the configuration of the control system described above, the switching loss of the ζ power transistor increases rapidly as the motor load increases and the current of the power transistor increases. Therefore, it was necessary to take measures such as using an element that has a low allowable dissipation of the power transistor, or increasing the cooling effect by increasing the radiation fin by '=1. As a result, the power transistor,
There were drawbacks such as an increase in the cost of heat dissipation fins, etc., and a large installation space for each component.

発明の目的 本発明は上記欠点を解消するだめのものであり電動機負
荷電流が増加した場合に、パワートランジスタのスイッ
チング損失増加を抑制することにより、低コストで信頼
性の高い電動機速度制御装置を提供するものである。
OBJECT OF THE INVENTION The present invention is intended to solve the above-mentioned drawbacks, and provides a low-cost and highly reliable motor speed control device by suppressing the increase in switching loss of the power transistor when the motor load current increases. It is something to do.

発明の構成 本発明は直流電動機の回転速度に比例した、電圧を発生
する速度検出器の速度電圧と速度指令電圧とを比較して
増幅すス誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力信号
と前記直流電動機負荷電流の変化に対応して周波数が変
化する可変周波発振器より送出される一定振幅の三角波
キャリア信号とを比較してPWM信号を作成するPWM
演算回路と、直流電源に前記直流電動機と直列に接続さ
れたパワートランジスタのベースを前記PWM演算回路
出力信号によシ駆動することにより、前記直流電動機の
速度制御を行ない前記可変周波発振器の出力周波数は電
動機の負荷電流に比例して発振周波数が低下するように
構成されており、電動機負荷電流が増加してもパワート
ランジスタのスイッチング損失増加を最小限に抑制する
特有の効果を有する。
Structure of the Invention The present invention provides an error amplifier circuit that compares and amplifies a speed voltage of a speed detector that generates a voltage proportional to the rotational speed of a DC motor and a speed command voltage, and an output signal of the error amplifier circuit. PWM that creates a PWM signal by comparing it with a triangular wave carrier signal of constant amplitude sent out from a variable frequency oscillator whose frequency changes in response to changes in the DC motor load current.
By driving an arithmetic circuit and the base of a power transistor connected in series with the DC motor to a DC power source using the PWM arithmetic circuit output signal, the speed of the DC motor is controlled and the output frequency of the variable frequency oscillator is controlled. is configured such that the oscillation frequency decreases in proportion to the motor load current, and has the unique effect of minimizing the increase in switching loss of the power transistor even if the motor load current increases.

実施例の説明 以下、本発明の一実施例を図により説明する。Description of examples Hereinafter, one embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.

第3図は、一実施例における直流電動機の速度制御回路
構成図である。1411′i直流電源、15は直流電動
機、16はパワートランジスタである。17は直流電動
機15に直結された速度検出器であり、その出力信号で
ある速度電圧は20のvf 端子に接続される。19の
vs 端子は速度指令電圧を入力する。21は前記速度
電圧と前記速度指令電圧を比較して増幅する誤差増幅器
である。22は可変周波発振器であり、23の電動機負
荷電流検出抵抗の出力信号により前記22の発振周波数
は変化する構成になっている。すなわち15の電動機負
荷が増加して電流が増加すると、23の電流検出抵抗の
出力信号によって、前記22の発振器出力三角波キャリ
ア信号は一定振幅で出力周波数が低下するようになって
いる。
FIG. 3 is a configuration diagram of a speed control circuit for a DC motor in one embodiment. 1411'i is a DC power supply, 15 is a DC motor, and 16 is a power transistor. 17 is a speed detector directly connected to the DC motor 15, and its output signal, speed voltage, is connected to the vf terminal 20. The vs terminal of 19 inputs the speed command voltage. 21 is an error amplifier that compares and amplifies the speed voltage and the speed command voltage. 22 is a variable frequency oscillator, and the oscillation frequency of 22 is changed by the output signal of the motor load current detection resistor 23. That is, when the motor load 15 increases and the current increases, the output frequency of the oscillator output triangular wave carrier signal 22 decreases with a constant amplitude due to the output signal of the current detection resistor 23.

22の発振器出力信号と前記誤差増幅器21の出力信号
は24の比較器によってPWM信号を作成する。前記P
WM信号は16のパワートランジスタのベースを駆動し
前記15の直流電動機電流を制御する。18はフライホ
イルダイオードである。
The oscillator output signal 22 and the output signal of the error amplifier 21 are used to create a PWM signal by 24 comparators. Said P
The WM signal drives the bases of 16 power transistors to control the 15 DC motor currents. 18 is a flywheel diode.

上記のように構成された速度制御回路構成について以下
その動作を説明する。
The operation of the speed control circuit configured as described above will be explained below.

度指令電圧が印加されると速度電圧vf は未だ発生し
ていないために誤差増幅器21の出力信号は負の大きな
誤差電圧が発生し比較器24によって16のパワートラ
ンジスタをフル通電させる。その結果電動機は急速に速
度が上昇する。次に速度電圧vf (負電圧)が速度指
令電圧v6 の絶対値より大きくなると誤差増幅器21
の出力信号は正の誤差電圧が発生し比較器24の出力信
号によって16のパワートランジスタのON時間比率を
低下させるため電動機速度は低下する。つまり制御系と
しては速度指令電圧vs と速度電圧vf の絶対値が
常に等しくなるように制御されるため、速度指令電圧v
s が一定の場合は電動機は一定速度で回転することに
なる。また電動機負荷が変化して電動機速度が変化しよ
うとしても前記制御系により一定速度で電動機は回転す
る。
When the speed command voltage is applied, since the speed voltage vf has not yet been generated, a large negative error voltage is generated in the output signal of the error amplifier 21, and the comparator 24 fully energizes the 16 power transistors. As a result, the motor speeds up rapidly. Next, when the speed voltage vf (negative voltage) becomes larger than the absolute value of the speed command voltage v6, the error amplifier 21
Since a positive error voltage is generated in the output signal of the comparator 24, the ON time ratio of the 16 power transistors is reduced by the output signal of the comparator 24, so that the motor speed is reduced. In other words, the control system is controlled so that the absolute values of the speed command voltage vs and the speed voltage vf are always equal, so the speed command voltage v
If s is constant, the motor will rotate at a constant speed. Further, even if the motor speed changes due to a change in the motor load, the motor rotates at a constant speed due to the control system.

次に一定速度で電動機が回転中に電動機負荷が増加して
電動機負荷電流が増加した場合、前記可変周波発振器2
2の三角波キャリア信号の周波数に着目すると、負荷電
流が増加すると前記電動機負荷電流検出抵抗23の出力
信号によって前記発振器22の出力周波数は低下するよ
うに構成されている。第4〜5図は制御系の動作時にお
ける、各部の出力波形を表わしておシ、第4図は、電動
機負荷が増加する前の状態であり25は前記可変周波発
振器の出力信号でT1 という周期で発振している。2
6は前記21の誤差増幅器の出力信号である。27は前
記比較器の出力信号であり、この信号によりパワートラ
ンジスタ16のベースを駆動し16の電動機負荷電流を
制御する。第5図は電動機15の負荷電流が増加した場
合の各部波形作・ 金糸し、28は可変周波発振器の出力信号であ゛す、電
動機負荷電流が増加したため発振周期がT2(T1〈T
2)になり発振周波数が低下しているのがわかる。29
は前記21の誤差増幅器の出力信号、30は前記比較器
の出力信号であり、この信号ニよりパワートランジスタ
16のベースを駆動する。
Next, when the motor load increases and the motor load current increases while the motor is rotating at a constant speed, the variable frequency oscillator 2
Focusing on the frequency of the triangular wave carrier signal No. 2, the output frequency of the oscillator 22 is configured to decrease due to the output signal of the motor load current detection resistor 23 when the load current increases. Figures 4 and 5 show the output waveforms of each part during operation of the control system. Figure 4 shows the state before the motor load increases, and 25 is the output signal of the variable frequency oscillator, referred to as T1. It oscillates periodically. 2
6 is the output signal of the 21 error amplifiers. 27 is the output signal of the comparator, and this signal drives the base of the power transistor 16 to control the motor load current of 16. Figure 5 shows the waveforms of various parts when the load current of the motor 15 increases, and 28 is the output signal of the variable frequency oscillator.As the motor load current increases, the oscillation period becomes T2 (T1
2), and it can be seen that the oscillation frequency has decreased. 29
21 is the output signal of the error amplifier, 30 is the output signal of the comparator, and the base of the power transistor 16 is driven by this signal.

以上のように電動機負荷電流が増加するとPWMのキャ
リア周波数が低下するため、負荷電流増加によるパワー
トランジスタスイッチング損失を抑制することが可能と
なる。なお一般的にはPWMキャリア周波数が低下する
と電動機負荷電流のリップルが増加するが、本発明の実
施例においては、負荷電流の増加とともにPWMキャリ
ア周波数が低下する。そのため電流が大きい場合には電
動機の電気時定数の影響で電流断続等によるIJ ソプ
ル増加等は発生しないために、それほど問題にならない
As described above, when the motor load current increases, the carrier frequency of PWM decreases, so it becomes possible to suppress power transistor switching loss due to an increase in the load current. Generally, when the PWM carrier frequency decreases, the ripple of the motor load current increases, but in the embodiment of the present invention, the PWM carrier frequency decreases as the load current increases. Therefore, when the current is large, an increase in IJ sople due to intermittent current etc. does not occur due to the influence of the electric time constant of the motor, so this is not a big problem.

発明の効果 以上のように本発明は電動機負荷電流が増加するとPW
Mの基準周波数となる三角波キャリア信号の周波数が低
下する構成となっているために負荷電流増加時における
電動機電流制御用スイッチングパワートランジスタのス
イッチング損失を抑制することが可能となり、その結果
パワートランジスタの容量低減、放熱フィンの小型化等
を期待することができ、その実用的効果は犬なるものが
ある。
Effects of the Invention As described above, the present invention has the effect that when the motor load current increases, the PW
Since the frequency of the triangular wave carrier signal, which is the reference frequency of M, is configured to decrease, it is possible to suppress the switching loss of the switching power transistor for motor current control when the load current increases, and as a result, the capacity of the power transistor is reduced. This can be expected to reduce heat dissipation and reduce the size of heat dissipation fins, and the practical effects of this are significant.

【図面の簡単な説明】[Brief explanation of drawings]

第1図は従来例における電動機速度制御の回路図、第2
図a、bは第1図における各部の信号波形図、第3図は
本発明の一実施例における制御回路図、第4〜5図a、
bは各々第3図における各部、の信号波形図である。 14・・・・直流電源、15・・・・・・直流電動機。 16・・・パワートランジスタ、17・・・・・・速度
検出器、21・・・・・誤差増幅器、22・・・・・・
可変周波発振器、23・・・・・・電流検出抵抗、24
・・・・・・比較器。 代理人の氏名 弁理士 中 尾 敏 男 ほか1名第1
図 第2図 9 第3図 第4図
Figure 1 is a circuit diagram of motor speed control in a conventional example;
Figures a and b are signal waveform diagrams of each part in Figure 1, Figure 3 is a control circuit diagram in an embodiment of the present invention, Figures 4 and 5 a,
b is a signal waveform diagram of each part in FIG. 3; 14...DC power supply, 15...DC motor. 16... Power transistor, 17... Speed detector, 21... Error amplifier, 22...
Variable frequency oscillator, 23...Current detection resistor, 24
...Comparator. Name of agent: Patent attorney Toshio Nakao and 1 other person 1st
Figure 2 Figure 9 Figure 3 Figure 4

Claims (2)

【特許請求の範囲】[Claims] (1)直流電動機の回転速度に比例した電圧を発生する
速度検出器の速度電圧と速度指令電圧とを比較して増幅
する誤差増幅回路と、前記誤差増幅回路の出力信号と前
記直流電動機負荷電流の変化に対応して周波数が変化す
る可変周波数発振器より送出される一定振幅の三角波キ
ャリア信号とを比較してパルス幅変調信号を作成するパ
ルス幅変調演算回路と、直流電源に前記直流電動機と直
列に接続されたパワートランジスタのベースヲ前記パル
ス幅変調演算回路出力信号により駆動することにより前
記直流電動機の速度制御を行なう電動機速度制御装置。
(1) An error amplification circuit that compares and amplifies the speed voltage of a speed detector that generates a voltage proportional to the rotational speed of the DC motor and a speed command voltage, and the output signal of the error amplification circuit and the DC motor load current. a pulse width modulation calculation circuit that creates a pulse width modulation signal by comparing the triangular wave carrier signal of constant amplitude sent out from a variable frequency oscillator whose frequency changes in response to changes in the frequency of the oscillator; A motor speed control device for controlling the speed of the DC motor by driving the base of a power transistor connected to the pulse width modulation calculation circuit output signal.
(2)前記直流電動機の負荷電流に比例して前記可変周
波発振器の発振周波数が低下する特許請求の範囲第1項
記載の電動機速度制御装置。
(2) The motor speed control device according to claim 1, wherein the oscillation frequency of the variable frequency oscillator decreases in proportion to the load current of the DC motor.
JP58128336A 1983-07-13 1983-07-13 Speed controller for motor Pending JPS6020782A (en)

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JP (1) JPS6020782A (en)

Cited By (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5744927A (en) * 1994-01-28 1998-04-28 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Inverter control method and apparatus
CN102635564A (en) * 2012-02-27 2012-08-15 石家庄市公共交通总公司 Air-conditioning blower control system of natural gas bus

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